用于WDM系统的微环解复用器件的研究

摘要

半导体微型谐振腔（环形、盘形、球形）由于其结构紧凑、波长可选、易于大规模平面集成等优点在滤波、复用/解复用、波长转换等领域得到了广泛的关注，但是基于微型谐振腔的探测器的研究还相对较少，目前国际上尚未实现器件整体都由半导体材料制成的环形腔光探测器。基于微型谐振腔的半导体光探测器不仅兼具谐振腔增强型（RCE）和波导型光探测器之长，即具有高速、高量子效率、波长可选等优点，还由于其体积小、入光方向平行于基片等优点，在未来大规模的光电子集成（OEIC）和密集波分复用（DWMM）光纤系统中有着巨大的应用前景。本文针对基于环形腔结构的光探测器进行了深入的理论分析和参数设计，并对环形腔光探测器进行了探讨。本研究主要内容如下： ⑴通过模式耦合理论分析了环形波导与直波导的耦合系数，采用RSOFT的BPM（Beam Propagation Method）方法分析了微环探测器的等效吸收系数，并得出了微环探测器的量子效率。结果表明：在环形谐振腔半径为5μm时，环形腔光探测器的量子效率可达0．93，FSR大约为23nm，FWHM为0．4nm。 ⑵采用时域分析法研究了微环探测器的瞬态性能，分析过程中综合考虑了器件的串联电阻、结电容的影响，得出了不同的器件参数对瞬态性能的影响。 ⑶与陈海波博士合作，首次用InP/InGaAsP材料制备了含有InGaAs吸收层的环形和跑道形谐振腔光探测器，测试了波长选择性能，对于半径为80μm圆形谐振腔，其透射光谱的自由光谱范围（FSR）为0．75nm，FWHM为0．5nm；对于半径为80μm，直波导长度为30μm的跑道形谐振腔，其透射光谱的FSR为0．7nm，FWHM为0．4nm。 ⑷探索了多边形结构光探测器的可能性，这种探测器由直波导和微结构的三角形腔、四边形腔等多边形腔组成。这种探测器采用双直波导耦合，易分析，对于给定耦合系数，波导间距可以比较大。我们计算了三角形探测器的量子效率，在给定的条件下，量子效率最高可达0．932，FSR大约为24nm，FWHM大约为0．4nm。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究意义和课题背景

1.2论文结构安排

参考文献

第二章WDM系统中的解复用技术简介

2.1引言

2.2 WDM解复用器／滤波器的现状

2.3用于WDM解复用技术中的光探测器

2.4新型WDM集成解复用接收技术

2.4.1传统RCE光探测器

2.4.2多腔微结构的集成探测器

2.4.3环形腔光探测器

2.5本章小结

参考文献

第三章微环谐振腔的理论与应用

3.1引言

3.2微环谐振腔理论分析

3.2.1微环的结构形式

3.2.2微环与单直波导的单耦合模型

3.2.3微环与双直波导的双耦合模型

3.3微环谐振腔的应用

3.3.1全光整形

3.3.2微环滤波器

3.3.3微环逻辑门

3.3.4微环时分解复用器和脉冲路由

3.3.5微环超快存储器

3.3.6微环光开关

3.3.7耦合环形腔马赫-曾德尔干涉仪

3.4本章小结

参考文献

第四章环形光探测器的设计和实现

4.1引言

4.2微环探测器的量子效率

4.2.1 直波导和环形波导的耦合系数的计算

4.2.2等效吸收系数的计算

4.2.3微环探测器的量子效率

4.3微坏探测器的瞬态性能研究

4.3.1 吸收层内光场分布

4.3.2冲击响应

4.3.3阶跃响应

4.3.4计算结果及结论

4.4微环探测器的实验探索

4.4.1实验内容

4.4.2结果与讨论

4.5小结

参考文献

第五章多边形结构光探测器的设计

5.1引言

5.2三角形结构光探测器的量子效率公式

5.3直波导间的耦合系数的计算

5.4三角形结构光探测器各角的弯曲损耗

5.5三角形结构光探测器的量子效率

5.6分析和讨论

5.7小结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文