与V型耦合腔波长可调谐激光器集成的电吸收调制器研究

摘要

光通信技术的突破极大地推动了信息化时代的发展，信息化的发展始终伴随着对光通信系统传输容量与带宽需求的提高。以波分复用(WDM)技术为代表的光通信技术是未来构建智能光网络的关键。为了尽量发挥WDM技术的优势，在通信网络中，我们需要波长可调谐的半导体激光器。可调谐半导体激光器能够根据要求来动态调整输出波长，在宽带光通信系统和智能光网络(SDN)中有着重要的应用。为密集波分复用(DWDM)系统中的固定波长激光器提供备份，波长转换以及光路由等都是其重要功能。大规模的应用可调谐激光器将减少所需的备份器件数量，从而简化系统，降低成本，提高可靠性。如今可调谐半导体激光器已成为新一代密集波分复用系统以及全光网络中光子交换的关键光电器件。
　　与此同时，对波长可调谐激光器发出的光进行外调制，可以有效的避免直接调制所带来的高啁啾并在一定程度上克服传统单模光纤中的色散效应。基于QCSE的高速电吸收调制器，由于其低成本，低能耗，结构紧凑且易与DFB激光器、SOA等光器件集成的特点，也已经成为40-Gb/s光通信系统中的关键组件。利用量子阱混合等有源、无源集成技术，设计单片集成的可调谐电吸收调制激光器(EML)，对于未来光通信网络的扩大与普及有着重要的现实意义。
　　本文提出了一种基于V型耦合腔波长可调谐激光器与集总型电吸收调制器的新型电吸收调制激光器(EML)，采用了量子阱混合技术来进行单片集成;引入了一个简洁的电吸收光调制器模型来分析其高频特性;通过对EML的层状结构以及外部尺寸进行优化，仿真结果显示其电光响应-3 dB带宽可达16 GHz，电吸收调制器部分的结电容仅为0.17 pF。最后，依据仿真结果进行了实物器件的制作并对其静态性能进行了测试，我们相信这种新型波长可调谐EML在未来DWDM系统的应用中将发挥重要的作用。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 波长可调谐激光器简介

1．2 激光器高速调制方法

1．2．1 直接调制与外调制

1．2．2 电光调制器与电吸收调制器

1．2．3 行波电极与集总电极

1．3 电吸收调制激光器单片集成方法

1．4 本文内容提要及主要创新点

1．4．1 本论文的章节安排

1．4．2 本论文的主要创新点

2 基本原理

2．1 V型耦合腔波长可调谐激光器简介

2．2 电吸收调制器简介

2．2．1 量子限制Stark效应(QCSE)

2．2．2 电吸收调制器主要性能参数

2．3 单片集成对调制器性能的影响

2．3．1 EML中的电耦合

2．3．2 EML中的光耦合

2．4 本章小结

3 集总型EML设计与模拟

3．1 InP-InGaAsP多量子阱材料特性

3．1．1 激光器区域量子阱外延片层状结构

3．1．2 调制器区域量子阱外廷片层状结构

3．2 光波导结构

3．2．1 激光器光波导结构设计

3．2．2 调制器光波导结构设计

3．2．3 锥形光波导过渡结构设计

3．3 调制器电路模型和等效网络分析

3．3．1 电吸收调制器小信号电路模型

3．3．2 等效网路分析

3．4 本章小结

4 EML调制带宽优化设计

4．1 优化设计基础

4．1．1 HFSS简介

4．1．2 EML材料参数

4．2 EML层状结构与外部尺寸优化

4．2．1 EML层状结构优化

4．2．2 EAM外部尺寸优化

4．3 EML匹配电阻与封装设计优化

4．3．1 EML高速热沉匹配电阻优化

4．3．2 EML高速热沉封装设计优化

4．4 本章小结

5 EML元件制作与测试

5．1 EML制作与电子显徼镜扫描结果

5．1．1 EML制作步骤摘要

5．1．2 样品电子显微镜扫描结果

5．2 EML高频性能测试方法

5．2．1 测试系统的校准

5．2．2 测试流程概述

5．3 EML测试结果与分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 单片集成EML优化设计总结

6．2 未来发展方向

参考文献

作者简介