本文關鍵詞：用于全光信號處理的InP基單片集成器件，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀是信息大爆炸的時代,迅猛發(fā)展的英特網對通信網絡的通信容量的要求越來越高。全光信號處理技術有望在光網絡節(jié)點克服傳統(tǒng)光-電-光交換模式對速率的制約而被廣泛地研究。而集成化可以大大降低成本和功耗,并提高可靠性,為全光信號處理技術真正用于光通信網絡提供了可能。光子集成是未來光通信技術的發(fā)展趨勢之一。 由于InGaAsP的帶隙波長為1μm-1.65μm,覆蓋通信波段且可調,是制作單片集成器件的理想材料。本文首先研究了InP基單片集成方法,接著設計了InP基無源器件、有源器件和半導體光放大器(SOA)與延時干涉儀(DI)單片集成器件,開發(fā)了InP基集成器件的制作工藝,并對這些InP基器件進行了制作和性能測試,最后將它們用于全光信號處理。概括全文的研究和貢獻,可以總結為以下幾個方面： (1)詳細研究了量子阱混合(QWI)和非對稱雙波導(ATG)這兩種InP基單片集成方法。首先介紹了QWI集成方法的機理及幾種典型的實現技術；并依據Ⅲ-Ⅴ族材料的擴散理論對氬等離子體增強量子阱混合技術(Ar-PEQWI)進行詳細分析和理論建模；同時利用該技術實驗實現了110nm的帶隙藍移。接著,分析了ATG集成方法的基本原理。對ATG結構的核心部件——錐形耦合器進行了分析和設計；提出了一種制作工藝簡單的單斜錐形耦合器;然后利用變換光學設計了一種用于ATG集成方法的超短垂直耦合器,耦合效率為94.9%,而長度僅3t.μm。最后設計了采用QWI和ATG集成方法實現SOA與DI單片集成器件的工藝流程。 (2)設計了SOA與DI單片集成器件和掩膜版圖。首先設計了多量子阱外延片的結構和SOA的尺寸。接著基于有限元方法分析并設計了InP基無源直波導和彎曲波導；介紹了多模干涉(MMI)耦合器的基本原理,并設計了1×2和2x2MMI耦合器；然后,依據工作帶寬等要求設計了DI的尺寸。最后,設計并繪制了用于工藝開發(fā)和器件制作的無源、有源和集成器件掩膜版圖。 (3)研究了InP基單片集成器件的關鍵加工工藝。分別開發(fā)了紫外光刻、緩沖氫氟酸(BOE)濕法刻蝕Si02、磁增強的反應離子刻蝕(MERIE)和感應耦合等離子體(ICP)干法刻蝕ICP干法刻蝕InP/InGaAsP、電極的制作(包括負膠光刻、金屬沉積和剝離、襯底減薄和熱退火等)以及InP基器件的后處理等工藝的流程和參數。為實現用于全光信號處理的InP基單片集成器件提供了工藝支持。 (4)制作并測試了InP基無源、有源和單片集成器件。首先制作了無源單模和多模脊波導。接著介紹了法布里帕羅半導體光放大器(FP-SOA)的詳細制作流程,并成功制作了性能優(yōu)良的FP-SOA,其自發(fā)輻射梳狀譜的消光比高達30dB。最后測試了SOA與DI單片集成器件,其中2000μm長的SOA的飽和輸出功率高于3dBm,DI的消光比約為16dB、且峰值波長可以通過調節(jié)相移器進行調節(jié),AWG消光比高于20dB,這些測試結果顯示單片集成器件性能良好。 (5)研究基于InP基器件的全光信號處理技術。首先,提出并實驗驗證了一種基于FP-SOA對微分方程進行全光求解的方案。級聯多個FP-SOA可以求解高階微分方程,而改變FP-SOA的注入電流可以調節(jié)被求解微分方程的系數,1階微分方程的系數的調諧范圍為0.0026/ps到0.085/ps,而2階微分方程的兩個系數的調諧范圍分別為0.0216/ps到0.158/ps和0.0000494/ps2到0.006205/ps2。接著,基于SOA與DI單片集成器件,利用四波混頻效應從實驗上實現了10Gbit/s的全光波長轉換；利用交叉增益調制結合DI多信道濾波特性實現了10Gbit/s的全光波長轉換和波長廣播。

  本文關鍵詞：用于全光信號處理的InP基單片集成器件，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。