用于WDM系统的集成解复用接收器件的理论和实验研究

摘要

随着信息技术的迅速发展，对通信带宽的需求不断增长，波分复用（WDM）技术作为长距离大容量通信技术的主要手段，获得了快速发展。作为其中关键技术之一的波长解复用接收技术是WDM能够应用于实际通信系统并发挥自身强大功能的保证。本文针对WDM系统中集成解复用探测器件及应用于其中的微结构进行了研究。主要研究内容如下： ⑴对具有弧形吸收腔腔结构的集成解复用光探测器结构进行了研究，分析了TE、TM偏振光波的量子效率。理论研究表明TE波的峰值量子效率可达到82％，TM偏振的峰值量子效率可达到66％。由于弧形吸收腔的作用，探测器的量子效率主要受弧形微结构的曲率半径而不是台面面积的影响，在台面面积很小的情况下，通过合理地选择曲率半径，该探测器能获得比楔型腔探测器更高的量子效率。同时光谱响应线宽达到0．5nm，表明采用弧形微结构作为吸收腔的光探测器具有很好的波长选择性能。 ⑵结合高对比度亚波长光栅（HCG）的特点，用精确耦合波方法进行数值模拟，分析了HCG的反射率和带宽性能，计算表明HCG可以达到0．99的高反射率以及△λ/λ≈32％的反射带宽，具有良好的反射率和带宽性能。 ⑶设计了HCG作为RCE型光探测器的反射镜，选取InP系材料计算探测器的量子效率性能，结果表明该探测器的量子效率可以达到90％，具有优越的量子效率性能。 ⑷参与制备了两种弧形微结构：一种为空气隙型弧形微结构；另一种为实体弧形微结构。空气隙型弧形微结构是利用相邻两层半导体材料之间的晶格差异产生的切向应力来实现弧形结构，制备实现的弧形微结构曲率半径为72μm、286μm、643μm、1143μm。实体弧形微结构采用可控自推移动态掩膜湿法刻蚀技术制备，通过调整腐蚀液中某几种组分的始末溶液浓度以及滴定溶液的滴定速度，可以控制弧形微结构的角度变化范围和曲率半径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 研究背景和主要内容

1.2 论文的结构安排

参考文献

第2章 WDM系统中的解复用与接收器件

2.1 波分复用技术发展概述

2.2 WDM系统中的解复用器件

2.2.1 多层介质薄膜滤波器

2.2.2 Fabry-Perot腔滤波器

2.2.3 阵列波导光栅

2.2.4 半导体微环谐振腔

2.3 WDM系统中的接收器件

2.3.1 光纤通信用光探测器

2.3.2 新型集成解复用光探测器

2.4 本章小结

参考文献

第3章 具有弧形吸收腔结构的集成解复用光探测器

3.1 器件结构和工作原理

3.2 量子效率分析

3.2.1 器件量子效率的理论推导

3.2.2 器件量子效率的数值模拟

3.2.3 与楔型腔量子效率的比较

3.2.4 波长选择性能

3.3 本章小结

参考文献

第4章 采用HCG设计用于WDM系统的新型光探测器

4.1 高对比度亚波长光栅的结构与工作原理

4.1.1 光栅结构特点

4.1.2 工作原理与计算方法

4.2 高对比度亚波长光栅的性能

4.2.1 HCG在激光器中的应用

4.2.2 HCG的反射性能

4.3 采用HCG设计的RCE光探测器性能

4.3.1 顶镜为DBR、底镜为固定反射率的RCE光探测器量子效率

4.3.2 顶镜为DBR、底镜为HCG的RCE光探测器量子效率

4.3.3 两个不同参数的HCG分别作为RCE光探测器的顶镜与底镜

4.4 本章小结

参考文献

第5章 弧形微结构的制备

5.1 空气隙型弧形微结构的制备

5.1.1 空气隙型弧形微结构的制备原理

5.1.2 空气隙型弧形微结构的实验及结果

5.2 实体弧形微结构的制备

5.2.1 实体弧形微结构的制备原理

5.2.2 实体弧形微结构的制备实验

5.2.3 实体弧形微结构的SEM测试结果

5.3 小结

参考文献

致谢

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