基于Si基的MMI設(shè)計(jì)制作及其在全光信號(hào)處理中的應(yīng)用.pdf

1、光纖通信技術(shù)自問世以來，對(duì)人們的生活產(chǎn)生了重大的影響，而隨著光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，高速率、低功耗和集成化越來越成為人們追求的目標(biāo)。而早在20世紀(jì)70年代，集成光路的思想就被提出，隨著研究的深入，基于硅基的集成芯片取得了越來越多的突破，使其成為今后集成化必然的趨勢(shì)。研究基于硅基的有源和無源器件就具有重要的意義，尤其是基于硅基器件的全光信號(hào)處理，已成為硅基集成芯片研究的熱點(diǎn)之一。
　　多模干涉耦合器（MMI）具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝制作簡(jiǎn)單

2、、工藝容差性大等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的研究和應(yīng)用，比如充當(dāng)功分器、構(gòu)成馬赫曾德型光開關(guān)、調(diào)制器、解調(diào)器、激光器以及陣列波導(dǎo)光柵等。本論文的研究重點(diǎn)就是將基于硅基的MMI用于全光信號(hào)處理中，論文首先將詳細(xì)介紹MMI的基礎(chǔ)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)方法以及加工工藝。然后將設(shè)計(jì)和制作基于MMI的功能器件，同時(shí)將這些器件用于全光信號(hào)處理中，比如全光多信道碼型轉(zhuǎn)換、雙偏振態(tài)信號(hào)處理以及相干接收的關(guān)鍵器件等等。概括全文，主要的研究成果和貢獻(xiàn)可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

3、
　?、欧治隽薓MI的基本原理，介紹了基于普通折射率限制波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)的MMI分析方法及應(yīng)用。詳細(xì)介紹了MMI的加工工藝，同時(shí)詳細(xì)討論了基于不同結(jié)構(gòu)的SOI的光柵和MMI的設(shè)計(jì)、制作以及測(cè)試方法。為后續(xù)的基于硅基的MMI的全光信號(hào)處理打下了堅(jiān)實(shí)的理論以及工藝基礎(chǔ)。
　?、茖?duì)MMI在WDM全光信號(hào)處理中應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究。介紹了基于硅基MMI的DI的設(shè)計(jì)和制作方法，制作出了性能優(yōu)良的DI。在此基礎(chǔ)上制作了DI級(jí)聯(lián)A

4、WG的集成器件，同時(shí)將此器件用在了WDM信號(hào)處理中。利用DI級(jí)聯(lián)AWG實(shí)現(xiàn)了4×40Gb/s情況下RZ到NRZ信號(hào)的碼型轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了4×20Gb/s情況下DPSK信號(hào)解調(diào)同時(shí)結(jié)合非線性器件SOA實(shí)現(xiàn)了4×20Gb/s情況下多信道的NRZ到RZ信號(hào)的碼型轉(zhuǎn)換。這在國(guó)際上是首次利用集成的DI和AWG進(jìn)行信號(hào)處理。
　　⑶對(duì)MMI在雙偏振態(tài)信號(hào)處理中的應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究。分析了雙偏振態(tài)信號(hào)處理的意義同時(shí)介紹了傳統(tǒng)的利用集成器件來

5、實(shí)現(xiàn)雙偏振態(tài)信號(hào)處理的方法，提出了利用2D光子晶體光柵級(jí)聯(lián)非線性器件來進(jìn)行雙偏振態(tài)信號(hào)處理的方法。創(chuàng)造性地提出了2D光子晶體光柵和DI組成環(huán)形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雙偏振態(tài)信號(hào)處理的方法，同時(shí)進(jìn)行了理論分析、工藝制作以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，工藝設(shè)計(jì)制作更加簡(jiǎn)單，同時(shí)也大大地減小了集成器件的尺寸。
　?、壤碚摵蛯?shí)驗(yàn)研究了MMI在相干接收中的應(yīng)用。提出了一種建構(gòu)緊湊的基于MMI和光子晶體的用于雙偏振態(tài)QPSK信號(hào)解調(diào)的方案，并進(jìn)行了

6、理論模擬和分析。同時(shí)設(shè)計(jì)和制作了基于硅基的4×4MMI用作相干接收中的關(guān)鍵器件90°hybrid，在此基礎(chǔ)上制作了4×4MMI級(jí)聯(lián)AWG并進(jìn)行了測(cè)試。
　?、衫碚摵蛯?shí)驗(yàn)研究了基于光子晶體的MMI在全光信號(hào)處理中的應(yīng)用。比較和分析了不同結(jié)構(gòu)的光子晶體對(duì)MMI尺寸的影響。提出了基于光子晶體MMI的180°hybrid和90°hybrid，并進(jìn)行理論模擬分析。同時(shí)進(jìn)行了基于光子晶體的MMI設(shè)計(jì)和制作，提出了一種減小硅基波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)