高性能谐振腔增强型光探测器及具有波长解复用功能的光探测器阵列的研究

摘要

随着电信运营商的转型，一些新型融合业务开始走向应用，例如各种新型IP业务和向大客户提供的波长级业务（存储局域网，SAN），这些业务的传输承载离不开波分复用（WDM）技术。而在WDM系统中光探测器是一大关键器件，它是波分复用技术能够应用于实际光纤通信系统并发挥自身强大功能的保证。对于目前复用上百个波长，传输速率达几十Tbit/s的WDM系统，高性能探测器的要求也日益强烈。
　　 同时，光分插复用（OADM）技术，特别是可重构光分插复用（ROADM）技术在最近几年获得了很大的发展，在美日等发达国家光网络中得到了实际的应用。ROADM设备可以通过远程配置，实现灵活的本地光波长上下路，使网络具备重构功能，因此逐渐成为光传送网（OTN）中的重要光节点。但目前实用化的ROADM节点设备基本都是由分立功能器件组合而成，价格比较昂贵，成本问题已成为制约ROADM技术发展的重要因素。
　　 在本论文中，通过对谐振腔增强型光探测的结构创新，为最终实现高量子效率、高速响应的高性能光电探测器提出了新的方案；并且通过对具有波长处理功能的光探测器阵列的制备，初步实现ROADM中关键功能器件的集成。
　　 以下是本论文的主要工作：
　　 1、对RCE光电探测器的基本结构及原理作了详细的研究并总结了设计RCE探测器需要考虑的要素。对双吸收层探测器的结构及实验结果做了介绍。
　　 2、提出了一种新型结构的双吸收层谐振腔增强型探测器，它是将两个吸收层完全对称的放于谐振腔中。由谐振腔和双吸收层联合作用器件可以获得高量子效率，同时降低了对谐振腔项镜高反射率的要求；双吸收层结构的使用可减小单个吸收层厚度，从而减小载流子渡越时间，实现器件的高速响应性能。对于0.2μm厚的吸收层，在1550nm波长处器件的量子效率可达到93％，即使当谐振腔项镜不采用DBR反射镜的情况下，量子效率也可高达81％；在高速响应方面，台面积为30μm×30μm时，器件的频率响应3dB带宽亦可以达到26GHz。
　　 3、参与制备了在具有阶梯腔的GaAs基F—P滤波器上异质外延InP基PIN光电探测器阵列。在解决了对F—P滤波腔的纳米量级台阶的制作和GaAs材料上异质外延高质量InP材料的技术后，成功实现了具有多波长处理功能的单片集成光电探测器阵列，器件的工作波长位于1550nm左右，可实现对4路波长，间隔为10nm的光信号探测，响应线宽低于0.8nm，峰值量子效率达到15％以上，响应速率达到9GHz。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景和主要内容

1.2 论文结构安排

参考文献

第二章 WDM技术及系统中的接收器件

2.1 波分复用(WDM)技术[1]

2.1.1 波分复用技术原理

2.1.2 WDM技术发展趋势[2，3]

2.2 WDM系统中的接收器件

2.2.1 传统RCE光探测器

2.2.2 多腔微结构的RCE探测器

2.2.3 一镜斜置三镜腔光探测器

2.3 小结

参考文献

第三章 RCE光探测器及双吸收层光探测器的基本理论

3.1 光电探测器的工作原理

3.2 RCE探测器理论分析

3.2.1 RCE光电探测器的工作原理

3.2.2 RCE光电探测器的基本参数

3.2.3 设计RCE探测器需要考虑的要素

3.3 双吸收层光电探测器[8，9]

3.4 小结

参考文献

第四章 新型双吸收层RCE高速高量子效率光探测器

4.1 器件结构和理论分析

4.2 量子效率

4.2.1 器件量子效率的理论计算

4.2.2 器件量子效率数值模拟

4.2.3 与传统谐振腔增强型探测器的比较

4.3 高速响应分析

4.3.1 器件高速响应的理论计算[8—15]

4.3.2 器件高速响应的数值模拟

4.4 双吸收层RCE探测器的制备工艺

4.5 小结

参考文献

第五章 具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列

5.1 可重构光分插复用技术

5.1.1 ROADM的功能模块

5.1.2 ROADM的实现技术

5.2 集成解复用探测器制备

5.2.1 材料生长

5.2.2 测试与分析

5.3 小结

参考文献

致 谢

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