硅基緊湊式光子模數轉換器關鍵技術研究.pdf

1、模數轉換器是連接模擬信號和數字信號的橋梁，隨著數字電子技術的不斷發(fā)展，人們對模數轉換器的性能提出了更高的要求。但是傳統的電子模數轉換器受到其物理極限的限制，其進展極為緩慢，已經成為阻礙數字處理系統發(fā)展的瓶頸。隨著鎖模激光技術和硅光子技術的不斷發(fā)展，采用光學技術提高模數轉換器的性能成為當前的研究熱點。本文提出了硅基緊湊式光子模數轉換器，對其關鍵技術進行了深入研究。
　　論文首先綜述了光子模數轉換器發(fā)展概況;接著詳細介紹了有限元法和有

2、限差分柬傳播法分析光波導器件的一般步驟;然后介紹了多模干涉耦合器分析與設計方法，分析了硅線脊波導的模式特性，優(yōu)化了1×2、2×2、2×4和4×4多模干涉耦合器;接下來提出了三種基于多模干涉耦合器的光學混合器，求解了器件的傳輸譜及光在器件內的傳輸分布，討論了結構參數對光學混合器性能的影響;最后給出了硅基緊湊式光子模數轉換器的設計方案，并對系統進行了誤差分析。
　　設計和優(yōu)化了90°光學混合器，討論了系統的制作容差。計算結果表明:多模

3、干涉耦合器長度對90°光學混合器的性能影響較小，而其寬度的變化可能導致器件的損壞，此外，光源波長也會對系統產生較大的影響。電判決模塊由成熟的電子器件組成，首先通過光電二極管將光信號轉化為電信號，然后通過放大器、比較器獲得二進制碼。
　　在此基礎上，集合90°光學混合器及電判決模塊，設計出一種新穎的光子模數轉換器方案，由本地光源信號、3dB耦合器、相位調制器、90°光學混合器和電判決模塊構成。3dB耦合器將本地光源信號等分為兩路完全

4、一樣的光源子信號，相位調制器將待轉換模擬電信號的幅度信息調制到其中一路光源子信號，使其產生對應的相位差，90°光學混合器輸出具有正交特性的兩路待評判光信號，電判決模塊用于二迸制編碼。該方案具有如下優(yōu)點:無論轉化位數的多少，整個系統只需要一個光源和一個相位調制器;核心元件—3dB耦合器、相位調制器和光學混合器均為絕緣體上的硅脊波導結構，因此操控方便、穩(wěn)定性好、易于集成;通過器件的級聯，可以獲得具有更高轉化位數的模數轉換器，在此過程中，只需