基于硅基并联微环的全光波长转换技术研究

摘要

全光波长转换可以增加全光网络的灵活性并且优化波长使用，在未来通信系统中具有非常重要的位置。基于SOI（silicon-on-insulator）的无源光器件因其制造工艺与COMS（complementary metal oxide semiconductor）工艺兼容、具有较高的非线性系数以及对光场较强的约束作用而被广泛应用于非线性信号处理领域。本论文主要研究了硅基微环谐振腔中的四波混频效应，并针对实际波长转换应用场景，设计了一种基于硅基并联微环结构的全光波长转换器，实现了宽信号带宽、高效率的全光波长转换。本论文主要内容如下： （1）选取并联微环结构作为本论文的研究对象并对其进行理论建模，通过无限并联微环与有限并联微环两种分析方法，讨论微环间的间距对并联微环结构传输特性的影响。 （2）从光场耦合系数和有效折射率的计算等方面，建立了一套系统的微环设计方法。详细讨论了具有热调谐功能的硅基微环的制作工艺流程及主要步骤对最终器件性能的影响。 （3）设计了一种基于硅基并联微环结构的全光波长转换器，通过优化结构参数使其具有宽、窄带宽交替出现的透射谱。将泵浦光波长设置为窄带宽谐振波长，信号光波长设置为宽带宽谐振波长，可以在保证信号带宽较宽的同时提高波长转换效率。实验结果表明，由于泵浦光功率密度在谐振腔内得到了显著提升，当输入泵浦光功率为10mW时，该全光波长转换器能够在信号带宽达到0.19nm（~25GHz）的同时得到超过-35dB的转换效率，与信号带宽相同的单个微环结构相比，转换效率提高了近15dB。

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