本文選題：硅光子學(xué)　切入點：硅納米線波導(dǎo)　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：互聯(lián)網(wǎng)真正將人們帶入了信息全球化的時代,極大地促進了信息數(shù)據(jù)的交互需求。而光通信網(wǎng)絡(luò)作為唯一可能提供支持的技術(shù),正被這一不斷膨脹的需求所刷新。近年來,全球的骨干光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)陸續(xù)升級至單波長100G速率的相干光通信系統(tǒng),而下一代400G,乃至1T的光網(wǎng)絡(luò)也勢在必行�；诠杌牧掀脚_的集成光學(xué)芯片,由于具有與傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的CMOS工藝相兼容的巨大成本優(yōu)勢,成為最具前景的技術(shù)之一,由其發(fā)展而來的研究熱點稱之為硅光子學(xué)。本文針對硅光子學(xué)這一熱點課題,就硅納米線波導(dǎo)器件及其功能模塊集成進行了細致的理論探索與實驗求證。首先,我們對硅納米線波導(dǎo)器件的工藝制作與測試表征進行了大量的實驗摸索,確立了快速而高效的電子束曝光工作模式,并針對耦合光柵的波長敏感特性,確立了對器件響應(yīng)進行歸一化補償?shù)谋匾��；诖酥谱鞑y試表征了硅納米線波導(dǎo)的傳輸損耗在1.5～4.2dB/cm,設(shè)計優(yōu)化并實驗制作了一系列基于硅納米線波導(dǎo)的無源器件,包括3dB功率分束器、微反射器以及基于陣列波導(dǎo)光柵(Arrayed Waveguide Grating, AWG)的波分復(fù)用器件。所有器件的工藝重復(fù)性良好。其次,我們研究了基于馬赫曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)結(jié)構(gòu)的熱光調(diào)諧器件。實驗制作的8通道反射式熱光可調(diào)光衰減器的動態(tài)范圍均超過了30dB。此外,我們研制了基于彎曲定向耦合器的超寬帶MZI熱光開關(guān),獲得了小于1dB的插入損耗和超過20dB的消光比,其工作帶寬超過了140nm。進一步,我們將兩個全同AWG與八個超寬帶低損耗熱光開關(guān)進行了單片集成,實現(xiàn)了較為復(fù)雜的可重構(gòu)光分插復(fù)用器功能模塊,其各個波長通道、路徑通道的動態(tài)開關(guān)范圍均超過了20dB。最后,我們基于常規(guī)的AWG結(jié)構(gòu),并充分利用其結(jié)構(gòu)的對稱性,實現(xiàn)了單個AWG對兩路信號的雙向傳輸功能�；谶@一特性,我們首先將梳狀濾波器與單個雙向AWG相級聯(lián),實現(xiàn)了通道間隔為200GHz的波分解復(fù)用器,而性能可比于通道間隔為400GHz的波分解復(fù)用器。其次,我們將偏振分束器、偏振旋轉(zhuǎn)器與單個雙向AWG相級聯(lián),實現(xiàn)了偏振復(fù)用-波分復(fù)用的混合解復(fù)用器。此外,通過將常規(guī)偏振分束器與TM模起偏器相級聯(lián),顯著提高了器件的性能,在超過60nm的范圍內(nèi)同時對雙偏振的光均具有超過20dB的消光比以及小于1dB的插入損耗。這一系列功能集成模塊的良好工作特性,為今后更大規(guī)模的硅光鏈路系統(tǒng)的集成提供了重要的實驗保障。
[Abstract]:The Internet has really brought people into the era of information globalization, which has greatly promoted the interactive demand of information data. As the only possible support technology, optical communication network is being refreshed by this expanding demand in recent years. The global backbone optical network has been upgraded to a coherent optical communication system with a single wavelength of 100G, and the next generation optical network of 400Gand even 1T is imperative. Because of its huge cost advantage of compatibility with CMOS process in traditional semiconductor industry, it has become one of the most promising technologies, and the research hotspot from its development is called silicon photonics. In this paper, the integration of silicon nanowire waveguide devices and their functional modules is discussed in detail. Firstly, a large number of experiments have been carried out on the fabrication and characterization of silicon nanowire waveguide devices. The fast and efficient mode of electron beam exposure is established, and the wavelength sensitivity of the coupled grating is analyzed. The necessity of normalized compensation for device response is established. Based on this, the transmission loss of silicon nanowire waveguide is 1.5 ~ 4.2 dB / cm. A series of passive devices based on silicon nanowire waveguide are optimized and experimentally fabricated. Including 3dB power splitter, microreflector and arrayed Waveguide multiplexing (AWG-based) based on arrayed Waveguide grating. We have studied the thermo-optical tuners based on Mach-Zehnder Interferometer (MZI) structure. The dynamic range of the 8-channel reflective thermo-optical tunable attenuators is more than 30 dB. An ultra-wideband MZI thermooptic switch based on bending directional coupler is developed. The insertion loss of less than 1 dB and extinction ratio of more than 20 dB are obtained. The operating bandwidth exceeds 140 nm. We have integrated two identical AWG and eight ultra-wideband low-loss thermo-optical switches in a single chip. We have realized a more complex function module of reconfigurable optical add / drop multiplexer, each wavelength channel of which has been realized. The dynamic switching range of the path channel exceeds 20 dB. Finally, based on the conventional AWG structure and taking full advantage of the symmetry of its structure, we realize the bidirectional transmission function of a single AWG to two signals. First, we cascade the comb filter with a single bidirectional AWG phase to realize a 200GHz wavelength decomposition multiplexer with a channel interval, and the performance of the filter is better than that of the wavelength decomposition multiplexer with a channel interval of 400GHz. Secondly, we use a polarization beam splitter. A hybrid demultiplexer with polarization multiplexing and wavelength division multiplexing is realized by cascading the polarization rotator with a single bidirectional AWG phase. In addition, the performance of the device is greatly improved by cascading the conventional polarization splitter with the TM mode polarizer. In the range of more than 60 nm, the extinction ratio and insertion loss of the dual polarization light are over 20 dB and less than 1 dB simultaneously. It provides an important experimental guarantee for the integration of silicon optical link system in the future.
【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】：TN252

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本文編號：1557115