可见光微米级蓝光通信器件

摘要

可见光通信(VLC)已经渗透到各行各业，在当代及未来社会拥有广阔的发展前景。蓝光发光二极管(LED)拥有高能效、低功耗的优势，充当蓝光通信系统的光源，在以照明为主的智能交通、航海导向、射频检测、医学治疗等多领域具有交叉作用。此外，蓝光通信难破解、高保密特性在国家军事领域也有运用。现今，基于微纳器件的半导体研究人员正利用片上集成技术，实现微型芯片上各种元件高效集成的多功能运用。该技术可以用来实现光通信小型收/发端，解决短距离甚至超短距离的光学互连通信问题，进一步提高通信速率对于蓝光通信的实施。 本文结合传统通信与光通信的思想，实现了同一硅基氮化物晶片上蓝光LED、光波导、光电检测器(PD)的有效集成，提出双二极管间距排列的无线通信器件；又结合弯曲波导的损益效应，提出改变光源能效和出光路径的半环形通信器件。文章从设计，到加工测试，再到模拟验证，运用理论与实际相结合的思维方式，用到微纳研究平台的多种测试仪器，结合Rsoft仿真软件的模拟验证，实现了微米级芯片上蓝光光子电路集成器件。 论文制备完成的微米级蓝光器件波长均近似450纳米，无线器件可实现50Mbps的低码间串扰、80Mbps的低误码通信，该器件高效的稳定速率维持在30Mbps—90Mbps；弯曲器件由镜像对称的双矩形和半环形组成，整个传输层宽5μm,矩形波导长160μm,环形波导直径16μm,该器件以蓝光为载体，完成光直接调制的简单光子集成电路的制备，器件低码间串扰条件下，数字通信的最高速率为30Mbps,在不考虑眼图的情况下，通信速率可达50Mbps。最后利用Rsoft软件对弯曲器件的波导层做了抽象仿真，辅助验证测试的可靠性，通过改变弯曲结构的直径对出光能效进行研究，发现直径16μm对出光影响的分界作用，为弯曲波导的后续研究提供理论支撑。 研究结果表明微米级蓝光器件在VLC和光子集成领域的可行性，运用光学互连思想，为器件在小型终端等多领域研究奠定基础。

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