基于一镜斜置三镜腔型光探测器的可调谐光接收模块的研制

摘要

本论文工作是围绕任晓敏教授担当首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(项目编号：2003CB314900)和国家“863”计划项目(项目编号：2006AA032416与2007AA032418)展开的。 近几年来，光通信技术飞速发展，光波分复用技术作为其中的支撑技术，在长途骨干网、城域网甚至接入网都己获得了长足的发展。作为其中关键技术之一的波长解复用接收是波分复用技术和全光网能够应用于实际通信系统并发挥自身强大功能的保证。可调谐、具有细锐波长选择的高速、高量子效率的集成解复用光接收器件，可以在不采用常规解复用器件的情况下灵活地下路所需的波长，有望克服目前所采用的“解复用器+探测器”分立器件组合方式所带来的成本高、尺寸大以及额外插入损耗等缺点。任晓敏教授提出的新颖的“一镜斜置三镜腔”结构的解复用光接收集成器件集光分路滤波、光探测乃至光波长调谐功能于一体，采用该结构的光探测器制作出的光接收模块，在简化网络设计、提高网络设备集成度、降低网络建设成本等方面具有巨大的潜在优势。 本论文主要围绕基于WDM集成解复用器件的光接收模块的原理、设计与制作以及光探测器和光接收模块的性能测试进行了深入的、系统的理论与实验研究。论文的主要工作如下： l.对波分复用技术的发展情况、WDM系统中传统的解复用方式、新型的集成解复用光探测器以及应用于光纤通信的高速光接收模块的发展现状进行了总结介绍。 2.根据经典的高速。PCB设计理论，对高速PCB设计中的时序、反射、串扰、电源分配等信号完整性问题进行了深入的分析，为光接收模块的电路设计提供了理论基础。 3.对光探测器光谱响应的测量方法进行了改进，提出了一种光探测器量子效率的精确测量方法，并搭建了实验平台，利用上述实验平台对基于GaAs/A1As F-P腔滤波器的一镜斜置三镜腔型光探测器实验器件进行了光谱响应测量。实验表明，在普通测试条件下，无需复杂的聚焦系统和光强均匀化设备，可以精确获得光探测器的量子效率。 4. 根据光接收模块的原理、结构、与实验室研制的一镜斜置三镜腔结构的光探测器的特点，选定了方案与芯片，研制了工作速率为2.5Gbps的高速光接收模块。并对研制的光接收模块进行了性能测试。测试结果表明，该光接收模块性能良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究意义与课题背景

1.2论文的结构安排

参考文献

第二章波分复用系统及光收发模块

2.1波分复用技术发展概述

2.2 WDM系统中的解复用接收技术

2.3 WDM系统中的集成解复用接收技术

2.4高速光收发模块及其进展

2.5本章小结

参考文献

第三章高速光接收模块的原理与设计

3.1光接收模块的原理

3.2光接收模块方案的选择与实现

3.2.1光探测器的选择

3.2.2前置放大器的选择

3.2.3限幅放大器及CDR芯片的选择

3.2.4方案的整体设计

3.2.5光接收模块的技术指标

3.3光接收模块关键电路的分析

3.3.1高速IC之间的互连

3.3.2前置放大器的参数设计

3.3.3限幅放大器及CDR芯片的参数设计

3.4本章小结

参考文献

第四章基于信号完整性的高速PCB设计

4.1高速数字系统的信号完整性

4.2 PCB的基材选择与层叠设计

4.2.1 PCB的基材选择

4.2.2 PCB的层叠设计

4.3阻抗设计

4.4串扰的分析与对策

4.5电源去耦

4.6本章小结

参考文献

第五章光探测器与光接收模块的测试

5.1光探测器的性能测试

5.1.1光探测器的光谱响应测试

5.1.2光探测器的高速性能测试

5.2光接收模块的测试

5.2.1灵敏度与过载光功率

5.2.2眼图

5.2.3解复用接收与波长调谐

5.2.4测试结果及分析

5.3本章小结

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文