面向光波导器件检测的时域扫描型低相干检测技术研究

摘要

片上光互连中各种复用技术的应用大大提升了链路的传输容量，比如偏分复用（PDM）、粗波分复用（WDM）和模分复用（MDM）技术。从光路传播的角度来看，用于支撑各种复用技术的信道、器件都是多光路型的传输结构。目前在这些多光路型信道和器件的检测方面还停留在频谱响应的检测上，而对于它们实际结构参数的检测还是一个亟待解决的问题。然而实际结构参数的检测无论是对于了解信道、器件制作工艺的误差来源还是对于提升信道、器件的传输性能都具有重要的理论指导和实际意义。低相干干涉仪（LCI）技术是一种利用宽谱光源的时间相干性对多光路型应用场景实现高精度表征的实用型技术。本文结合光互连中相关复用技术的发展，针对相关复用信道和复用器件的检测难题，设计搭建了时域扫描型LCI检测系统，在对检测系统的检测精度做出提升的同时，利用此检测系统对光互连中相关复用技术的复用信道和复用器件进行性能研究和参数表征。
　　本研究主要内容包括：⑴建立了时域扫描型LCI检测系统，从理论和实验两方面指出在测试多光路型器件时，相位检测精度存在累积效应，提出快速检测时降低这种累积效应的影响。本论文从理论上对LCI技术进行了深入研究，并搭建了时域扫描型LCI检测系统。同时，针对时域扫描型LCI检测系统的相位检测精度的影响因素进行研究，从理论和实验两方面指出在测试多光路型器件时，相位检测精度存在累积效应，并提出适当缩短检测时间可以有效降低这种累积效应的影响。对于阵列波导光栅（AWG）的实验检测结果表明当延时线的扫描速度增加到4.8mm/s时，累积效应的影响可以忽略，此时所有光路的相位检测精度几乎都可以达到5×10-3rad。⑵提出采用时域扫描型LCI检测方法实现单模波导的偏振检测和单模传输型器件结构参数的检测。由于用作 PDM技术的信道以及构成CWDM器件的波导都是单模传输型的波导，因此针对PDM技术在信道参数检测方面的问题和CWDM技术在相关器件结构参数检测方面的问题，提出利用时域扫描型LCI检测方法对单模波导进行偏振检测以及对CWDM器件进行结构参数的检测和表征。单模波导的检测结果表明LCI方法可以用于偏振态定性和定量的分析，而对于由MZI（Mach-Zehnder Interferometer）构成的CWDM器件的检测结果表明MZI的相位误差和构成MZI的定向耦合器耦合系数的误差是造成器件性能恶化的主要原因。⑶提出采用时域扫描型LCI检测方法实现片上MDM技术的信道分析。作为片上MDM技术信道的多模波导在模式传输过程中的信道参数，以及在引入弯曲等结构之后多模波导中的模间串扰情况都是未知的。对此，提出利用时域扫描型LCI检测方法对用于MDM技术的多模波导进行信道分析。对多模直波导的实验检测结果与仿真结果表明，时域扫描型LCI检测方法可以对多模波导中的模式进行模式识别和模式的定量分析。在此基础上，对存在弯曲的多模波导的进一步实验分析表明，LCI检测方法可以定位串扰产生的位置并定量地进行串扰大小的分析。

目录

声明

致谢

第1章绪论

1.1引言

1.2 LCI技术简介

1.3时域扫描型LCI检测系统的研究进展

1.4本文的创新点和主要内容

参考文献

第2章时域扫描型LCI检测系统的搭建

2.1理论基础

2.2实验检测系统

2.3数据处理方案

2.4时域扫描型LCI检测系统的实验评估

2.5本章小结

参考文献

第3章相位检测精度的影响因素

3.1引言

3.2关于相位测试精度的影响因素的概述

3.3温度波动导致的累积效应

3.4本章小结

参考文献

第4章用于片上PDM、CWDM技术的单模传输型器件的检测分析

4.1引言

4.2实验检测系统

4.3用作PDM技术信道的单模波导的偏振特性研究

4.4 CWDM器件的表征研究

4.5本章小结

参考文献

第5章片上MDM技术的信道分析

5.1引言

5.2多模波导模式分析的理论基础

5.3多模直波导的模式分析

5.4存在弯曲的多模波导的串扰研究

5.5本章小结

参考文献

第6章总结和展望

6.1总结

6.2工作中的不足与展望

作者简历及攻读博士学位期间的研究成果