本文關(guān)鍵詞：面向光互連的硅基片上復(fù)用器件的研究

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【摘要】：隨著通信技術(shù)的發(fā)展,尤其各種智能設(shè)備的普及應(yīng)用,以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、處理為基礎(chǔ)的“大數(shù)據(jù)時(shí)代”對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸提出了更高的要求。集成光學(xué)憑借其體積小、低能耗、大帶寬等優(yōu)點(diǎn),在光互連、光通信等領(lǐng)域獲得越來(lái)越多的青睞。尤其硅光子學(xué)其同CMOS工藝相兼容的優(yōu)勢(shì),使光集成芯片與電集成芯片的混合集成成為可能,在諸如芯片間、芯片內(nèi)部采用光互連的技術(shù)可突破電互連在帶寬、功耗等方面的瓶頸。為了進(jìn)一步的拓展片上光互連的帶寬,本文基于硅納米線波導(dǎo)在片上復(fù)用技術(shù)方面做了一些工作。首先,本文結(jié)合耦合模理論對(duì)非對(duì)稱定向耦合器進(jìn)行了詳盡的分析,對(duì)提出的采用級(jí)聯(lián)的非對(duì)稱定向耦合器結(jié)構(gòu)的模式復(fù)用器的設(shè)計(jì)過(guò)程、波長(zhǎng)、串?dāng)_特性以及工藝容差的影響進(jìn)行了詳盡的討論。首次在片上實(shí)現(xiàn)了超小結(jié)構(gòu)的四模式通道的模式(解)復(fù)用器,其串?dāng)_低于-20dB,插損小于0.5dB,具有優(yōu)良的性能。其次,結(jié)合偏振復(fù)用技術(shù)本文提出一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用和模式復(fù)用技術(shù)的系統(tǒng),進(jìn)一步的增大光鏈路的帶寬,并針對(duì)其關(guān)鍵器件偏振-模式混合復(fù)用器進(jìn)行了深入的研究。首先對(duì)兩種超小結(jié)構(gòu)的偏振分束器——彎曲非對(duì)稱定向耦合器型偏振分束器和級(jí)聯(lián)非對(duì)稱定向耦合器型的偏振分束器的設(shè)計(jì)原理、器件的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了分析,并給出了其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用級(jí)聯(lián)非對(duì)稱定向耦合器型的偏振分束器和非對(duì)稱定向耦合器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)同時(shí)實(shí)現(xiàn)四個(gè)TE模式和四個(gè)TM模式復(fù)用的八通道的偏振-模式混合(解)復(fù)用器,并對(duì)其性能、工藝容差進(jìn)行了詳盡的闡述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示八個(gè)通道的串?dāng)_均低于-11dB,同理論分析結(jié)果相吻合。在此基礎(chǔ)上,提出一種利用光柵型起偏器的改進(jìn)方案,將八通道的混合(解)復(fù)用器的串?dāng)_降低至-18dB以下。再次,結(jié)合成熟的波分復(fù)用器AWG,提出一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用技術(shù)和模式復(fù)用技術(shù)的超大帶寬的64通道波分-模式混合(解)復(fù)用器。在此基礎(chǔ)上,提出一種采用雙向AWG設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案,減小AWG的數(shù)量,使其結(jié)構(gòu)更為緊湊,同時(shí)也增強(qiáng)了工藝穩(wěn)定性。改進(jìn)后各通道的串?dāng)_約-14dB,為光互連帶寬的提升提供了一種切實(shí)可行的解決方案。最后,我們總結(jié)全文的主要工作,并對(duì)片上復(fù)用技術(shù)的相關(guān)工作進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：集成光路 光互連 硅納米線波導(dǎo) 模式復(fù)用技術(shù) 偏振復(fù)用技術(shù) 偏振敏感器件 波分復(fù)用技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN47
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 集成光學(xué)概述16-18
• 1.2 光互連的興起18-21
• 1.3 片上模式復(fù)用技術(shù)21-27
• 1.4 本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)27-30
• 第二章 硅基納米線波導(dǎo)的模式特性及數(shù)值仿真方法30-40
• 2.1 硅納米線波導(dǎo)的模式30-35
• 2.2 數(shù)值仿真方法35-38
• 2.2.1. BPM方法35-36
• 2.2.2. EME方法36-37
• 2.2.3. FDTD方法37-38
• 2.3 模式的計(jì)算38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 硅基器件的制作與測(cè)試40-52
• 3.1 硅基器件的制作40-45
• 3.2 器件的測(cè)試45-50
• 3.2.1. 端面耦合方法45-48
• 3.2.2. 垂直耦合法48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-52
• 第四章 硅基四通道的模式復(fù)用器52-70
• 4.1 定向耦合器的設(shè)計(jì)52-58
• 4.2 硅基非對(duì)稱定向耦合器型模式復(fù)用器的設(shè)計(jì)58-65
• 4.3 四通道模式復(fù)用器制作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-70
• 第五章 硅基偏振-模式混合復(fù)用技術(shù)70-98
• 5.1 偏振-模式混合復(fù)用系統(tǒng)70-72
• 5.2 硅基偏振分束器72-82
• 5.2.1. 彎曲非對(duì)稱定向耦合器型PBS73-78
• 5.2.2. 級(jí)聯(lián)非對(duì)稱定向耦合器型PBS78-82
• 5.3 硅基八通道偏振-模式混合復(fù)用器82-96
• 5.3.1. 器件的設(shè)計(jì)與分析82-91
• 5.3.2. 器件的制作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果91-93
• 5.3.3. 器件性能的改進(jìn)93-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 第六章 硅基波分-模式混合(解)復(fù)用器98-112
• 6.1 硅基64通道波分-模式(解)復(fù)用器的設(shè)計(jì)98-101
• 6.2 器件的制作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析101-104
• 6.3 改進(jìn)的64通道波分-模式混合(解)復(fù)用器104-109
• 6.4 本章小結(jié)109-112
• 第七章 總結(jié)與展望112-114
• 參考文獻(xiàn)114-128
• 作者簡(jiǎn)歷128
• 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文128-129

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