DWDM系统中微环结构解复用接收器的研究

摘要

半导体微环谐振腔由于体积小、结构紧凑、易于集成等优点，在光滤波、光开关、光调制、光逻辑等器件中有着广泛的应用前景。但是基于微环谐振腔结构光探测器的报道还很少。环探测器具有高速、高量子效率、窄线宽、结构紧凑等优点，与垂直腔结构的谐振腔探测器（RCE—PD）相比，无需制备布拉格反射镜（DBR），其制作过程相对简单且易于其他波导器件集成。
　　 本文针对基于微环谐振腔结构的光探测器进行了深入的理论分析和参数设计，实验制备了多模波导的单环光探测器和垂直结构的RCE光探测器，实验探索单模波导的级联微环光探测器。以下是本论文的主要工作：
　　 1、从理论上对微环谐振腔的参数进行仿真和计算：通过模式耦合理论分析了环形波导与直波导的耦合系数和传输矩阵法计算微环谐振腔的透射谱。分析了级联微环谐振腔的Vernie效应及透射谱的有限尺寸效应。在理论上提出了一种级联微环谐振腔光探测器，该结构的波长选择特性满足国际电信联盟远程通信标准化组（ITU—T）关于密集波分复用系统（DWDM）中解复用器的标准，其响应频谱的—3dB，—0.5dB和-20dB带宽分别为0.85nm，0.3nm和0.8nm，该探测器可用做DWDM光纤通信系统的解复用器。
　　 2、实验上制备圆形和跑道形微环环谐振腔，其中微环波导部分是多模波导，宽度为3μm。测试了两种谐振腔结构的透射谱。与叶显博士合作，用GaAs/InP异质外延技术制备了垂直腔结构的谐振腔探测器，测试了暗电流和高频响应特性
　　 3、在实验上探索级联微环谐振腔结构光探测器的制备，该探测器满足ITU—T关于DWDM系统中解复用器的要求。该微环光探测采用吸收腔和谐振腔分离的结构，通过垂直耦合将谐振腔出射端的光耦合进探测器中。其中微环谐振腔部分采用单模波导结构。该器件的相关工艺还在进行中。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

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

2.2.1 阵列波导光栅(AWG)：

2.2.2 光纤布拉格光栅(FBG)：

2.2.3 多层介质薄膜滤光片(TFF)：

2.2.4 交错复用器(Interleaver)技术：

2.2.5 Fabry—Perot腔滤波器

2.2.6 半导体环形腔

2.3 用于DWDM解复用技术中的光探测器

2.4 新型DWDM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 微环谐振腔简述和理论分析

3.1 引言

3.2 微环谐振腔简述

3.2.1 基本结构

3.2.2 基本参量

3.3 微环谐振腔理论分析

3.3.1 理论模型

3.3.2 波导耦合系数的分析

3.4 级联微环谐振腔理论分析

3.4.1 理论模型

3.4.2 Verniar效应

3.5 小结

参考文献

第四章 微环结构探测器的研究

4.1 引言

4.2 单环结构光探测器

4.3 级联微环光探测器

4.4 小结

参考文献

第五章 微环光探测的实验研究

5.1 引言

5.2 单环结构光探测器的实验研究

5.2.1 多模波导微环谐振腔实验研究

5.2.2 单模波导微环谐振腔实验探索

5.3 级联微环光探测器的实验探索

5.4 总结

参考文献

第六章 单片集成RCE光探测器的实验制备

6.1 垂直腔结构RCE光探测器的提出

6.2 单片集成RCE光探测器的实验制备

6.3 光探测器的测试

6.3.1 暗电流测试

6.3.2 高频特性测试

6.4 总结

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文