硅基光交換芯片設(shè)計(jì)與性能評估.pdf

1、光交換節(jié)點(diǎn)是全光通信網(wǎng)絡(luò)的核心單元之一，高速光交換集成芯片的研制推動了光交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，其中硅基光交換芯片的制作工藝與傳統(tǒng)COMS工藝完全兼容，易于實(shí)現(xiàn)單片集成，成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文對4×4光交換芯片模塊進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試，提出一種簡化分析光交換集成芯片串?dāng)_的理論模型，并用于指導(dǎo)硅基光開關(guān)單元的設(shè)計(jì)。主要工作內(nèi)容如下：
　　1.通過綜合分析光交換芯片插入損耗與串?dāng)_對光開關(guān)路由的依賴特性，提出一種簡化分析光交換集成芯片串

2、擾的理論模型，給出了任意規(guī)模光交換芯片串?dāng)_的計(jì)算公式，其中光交換集成芯片的串?dāng)_可用主信號路由開關(guān)單元串?dāng)_的加權(quán)和表示，權(quán)重系數(shù)為相對路由損耗系數(shù)。
　　2.利用ModeSolution仿真軟件，對硅基光交換芯片的基本單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成了芯片版圖制作和加工。測試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的2×2馬赫-曾德爾干涉（MZI）開關(guān)單元的插入損耗為1.92dB，串?dāng)_小于-16dB，3dB帶寬大于40nm；2×2單微環(huán)耦合MZI（Single

3、 Ring coupled MZI,SRMZI）開關(guān)單元的插入損耗為2.13dB，串?dāng)_為-23.72dB，3dB帶寬為43.5GHz。根據(jù)本文提出的串?dāng)_理論模型，分別對基于MZI和SRMZI開關(guān)單元的16×16光交換集成芯片進(jìn)行了性能評估，均可滿足項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。
　　3.采用四路40Gbps DQPSK調(diào)制信號對4×4MZI光交換芯片模塊進(jìn)行了纖到纖的傳輸實(shí)驗(yàn)測試，正常工作狀態(tài)下開關(guān)時(shí)間小于20ns。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)NIN熱控補(bǔ)