本文關(guān)鍵詞：全光波長轉(zhuǎn)換及全光信號處理集成器件的研究

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【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展,人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。通過波分復(fù)用(WDM)等技術(shù),光纖中可以傳輸極大的數(shù)據(jù)量。然而,在路由節(jié)點或光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心,光纖中的光信號將被解復(fù)用、同步、整形、再生、提取頭信息、轉(zhuǎn)換波長后再路由到下一鏈路,這一過程中還有很多功能依賴于電域處理。光-電-光(O-E-O)轉(zhuǎn)換成為制約通信帶寬的重要因素。全光通信是指將光信號的處理更多實現(xiàn)在光層面,跨越電子瓶頸,在更低功耗、更低成本的情況下獲得更大帶寬。這是通信網(wǎng)絡(luò)的一個重要發(fā)展方向。本文基于半導(dǎo)體光放大器(SOA)的交叉調(diào)制和半導(dǎo)體激光器的注入鎖定原理,提出了全光波長轉(zhuǎn)換和觸發(fā)式光緩存的實現(xiàn)方式。V型耦合腔激光器(VCL)是一種基于半波耦合器選模,通過兩個有微小光程差的諧振腔的游標(biāo)效應(yīng)實現(xiàn)大范圍波長調(diào)諧并有很高的邊模抑制比(SMSR)的激光器。它不需要光柵,制作工藝簡單,十分便于集成。本文基于Ⅲ-Ⅴ位移量子阱集成平臺(Offset Quantum Well Integration Platform),優(yōu)化了量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計,結(jié)合V型耦合腔激光器,提出了延時馬赫曾德干涉型(DI-MZI)的SOA交叉相位調(diào)制(XPM)波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),包括延時波導(dǎo)、多模干涉耦合器(MMI)、SOA、有源無源耦合器等器件,可實現(xiàn)10 Gb/s歸零碼型全光波長轉(zhuǎn)換,獲得10 dB以上消光比。將此結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴展與級聯(lián),我們提出了一種光纖間信道的全光路由體系。憑借成熟的CMOS工藝、低廉的價格及高折射率差,Si成為理想的光路集成平臺。然而Si為間接帶隙半導(dǎo)體,并不適用于做發(fā)光器件,因此,Ⅲ-Ⅴ/Si是實現(xiàn)超緊湊光子集成系統(tǒng)一個重要途徑,通過結(jié)合Ⅲ-Ⅴ材料的高發(fā)光效率,可以實現(xiàn)有源無源器件的片上集成。本文基于聚合物BCB輔助晶片鍵合(DVS-BCB Adhesive Layer Bonding),完成了混合集成平臺的非歸零碼(NRZ) 12.5 Gb/s單SOA的全光波長轉(zhuǎn)換,并在40 Gb/s下獲得清晰眼圖。SOA有源長度僅為500 μm。在40 Gb/s時,10-5誤碼率下,功率代價小于3dB,轉(zhuǎn)換波長覆蓋1545 nm到1560 nm,功耗小于250 mW。除了光纖通信領(lǐng)域,在微波無線通訊中,也可以用光學(xué)方法得到更高效、便捷的解決方案。雙波長激光器可以通過拍頻獲得太赫茲(THz)信號載波,并把此信號通過光纖傳輸,以極低損耗,覆蓋更大范圍,消除無線信號盲區(qū)。本文提出了一種基于SOI混合集成平臺的雙波長激光器,通過微環(huán)上覆蓋光柵,達(dá)到對稱單模劈裂,通過調(diào)節(jié)光柵反射系數(shù)及微環(huán)與波導(dǎo)的耦合系數(shù),可以獲得0～1 nm波長間隔可變的雙波長激光。SOA在用于交叉調(diào)制時,需要工作在飽和區(qū),伴以高功率的光信號注入。并且,為了獲得更快的載流子回復(fù)時間,需要有大電流注入,這就伴隨而來高功耗及芯片散熱問題。在器件緊密集成的時候,熱串?dāng)_是影響芯片性能的一個重要因素。為了能使芯片更為緊湊,功耗更低,基于VCL,我們實現(xiàn)了2.5 Gb/s 200 GHz信道間隔的NRZ波長轉(zhuǎn)換,消光比(ER)達(dá)4 dB以上,邊模抑制比(SMSR)達(dá)36 dB。通過對VCL的優(yōu)化設(shè)計,我們發(fā)現(xiàn)了其波長切換的雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)。通過將VCL偏置在調(diào)諧回線的中間點,注入波長與激光器雙穩(wěn)態(tài)的一對波長之一相符的一個控制信號,即可達(dá)到激光器觸發(fā)式工作狀態(tài)切換。在WDM系統(tǒng)中,可用于光信號頭信息的提取和存儲。觸發(fā)脈沖光信號只需1 pJ,激光器存儲和擦除的響應(yīng)時間僅為150 ps左右。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1260265