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基于多波导垂直集成技术和蚀刻衍射光栅的光子集成接收器的研究

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摘要

1绪论

1.1引言

1.2应用于40/100G-BASE LR4的接收器

1.2.1基于分立元件集成的接收器

1.2.2基于混合集成的接收器

1.2.3 InP基单片集成的接收器

1.3多波导垂直集成技术的发展与现状

1.4波分复用器件

1.4.1波分复用器种类

1.4.2 EDG的研究现状与进展

1.5本论文的主要研究内容和章节安排

2蚀刻衍射光栅

2.1蚀刻衍射光栅基本原理和重要参数

2.1.1基本原理与几何结构

2.1.2 EDG的重要结构参数

2.1.3 EDG的主要性能指标

2.2 EDG的设计与仿真

2.2.1 EDG的设计方法

2.2.2 EDG的数值仿真

3 基于InP平台面向LR4应用的EDG波分复用器

3.1基于InP平台的EDG的设计及仿真

3.2基于InP的EDG制作关键工艺与流程

3.2.1 InP基无源器件关键工艺

3.2.2 InP基EDG制作流程

3.3基于InP平台的EDG的实验结果

3.4光谱平坦化设计的EDG

3.4.1光谱平坦化的方法概述

3.4.2弧形齿面法设计原理及仿真

3.4.3实验结果

4基于多波导垂直集成平台的SSC和探测器的设计

4.1常用的InP基集成技术

4.1.1量子阱混杂技术

4.1.2偏置量子阱技术

4.1.3端对接技术

4.1.4选择区域外延

4.1.5多波导垂直集成技术

4.2模斑转换器

4.2.1模斑转换器的基本理论

4.2.2 SSC设计流程与结果分析

4.3探测器结构设计与芯片整体工艺流程

4.3.1探测器结构设计

4.3.2芯片整体工艺流程

5总结与展望

参考文献

作者简历

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摘要

近几十年来,光纤通信技术得到了迅猛的发展。尤其是近几年,随着移动互联网、云计算、大数据等技术的兴起与繁荣以及大型数据中心的发展,人们对于通信带宽的需求不断提高。在此背景下,光纤通信系统对通信的功耗与速率等性能提出了更高的要求,而传统的光收发模块在尺寸和能耗上都已经无法满足需求。伴随光子集成芯片制作技术的逐步成熟,将多个分立器件集成于一体的光电子集成芯片将逐步替代传统解决方案,这也是光电子行业发展的必然趋势。基于此背景,本论文将主要研究基于多波导垂直集成技术和蚀刻衍射光栅的光子集成接收器。 首先,详细介绍了蚀刻衍射光栅的基本结构、工作原理和基本特性,然后给出了蚀刻衍射光栅的设计方法和数值仿真的方法。 接着,将蚀刻衍射光栅的原理应用于1310nm蚀刻衍射光栅的设计中,设计并制作出了可用作高速以太网中100Gbase-LR4系统的波分复用器,其通道间隔为4.5nm,并详细地分析了仿真与实验结果。对蚀刻衍射光栅的通带带宽进行了优化,引入弧形齿面的设计,制作得到了通带平坦的蚀刻衍射光栅。并详细介绍了蚀刻衍射光栅制作的关键工艺与整体流程。 然后,基于多波导垂直集成技术介绍了模斑转换器的结构与原理,提出了模斑转换器的设计步骤。并将其原理与设计步骤应用于1310nm波段模斑转换器的设计中,随后详细分析了模斑转换器的设计步骤,给出了完整器件的仿真结果,并分析了器件损耗等参数性能。接着设计了探测器的结构,对其仿真结果并进行了分析。最后给出了接收器完整器件的布局,简单介绍了整体制作工艺流程。

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