硅基緊湊式光子模數(shù)轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的橋梁，隨著數(shù)字電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能提出了更高的要求。但是傳統(tǒng)的電子模數(shù)轉(zhuǎn)換器受到其物理極限的限制，其進(jìn)展極為緩慢，已經(jīng)成為阻礙數(shù)字處理系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。隨著鎖模激光技術(shù)和硅光子技術(shù)的不斷發(fā)展，采用光學(xué)技術(shù)提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文提出了硅基緊湊式光子模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　論文首先綜述了光子模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展概況;接著詳細(xì)介紹了有限元法和有

2、限差分柬傳播法分析光波導(dǎo)器件的一般步驟;然后介紹了多模干涉耦合器分析與設(shè)計(jì)方法，分析了硅線脊波導(dǎo)的模式特性，優(yōu)化了1×2、2×2、2×4和4×4多模干涉耦合器;接下來(lái)提出了三種基于多模干涉耦合器的光學(xué)混合器，求解了器件的傳輸譜及光在器件內(nèi)的傳輸分布，討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)光學(xué)混合器性能的影響;最后給出了硅基緊湊式光子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析。
　　設(shè)計(jì)和優(yōu)化了90°光學(xué)混合器，討論了系統(tǒng)的制作容差。計(jì)算結(jié)果表明:多模

3、干涉耦合器長(zhǎng)度對(duì)90°光學(xué)混合器的性能影響較小，而其寬度的變化可能導(dǎo)致器件的損壞，此外，光源波長(zhǎng)也會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。電判決模塊由成熟的電子器件組成，首先通過(guò)光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)放大器、比較器獲得二進(jìn)制碼。
　　在此基礎(chǔ)上，集合90°光學(xué)混合器及電判決模塊，設(shè)計(jì)出一種新穎的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換器方案，由本地光源信號(hào)、3dB耦合器、相位調(diào)制器、90°光學(xué)混合器和電判決模塊構(gòu)成。3dB耦合器將本地光源信號(hào)等分為兩路完全

4、一樣的光源子信號(hào)，相位調(diào)制器將待轉(zhuǎn)換模擬電信號(hào)的幅度信息調(diào)制到其中一路光源子信號(hào)，使其產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的相位差，90°光學(xué)混合器輸出具有正交特性的兩路待評(píng)判光信號(hào)，電判決模塊用于二迸制編碼。該方案具有如下優(yōu)點(diǎn):無(wú)論轉(zhuǎn)化位數(shù)的多少，整個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)光源和一個(gè)相位調(diào)制器;核心元件—3dB耦合器、相位調(diào)制器和光學(xué)混合器均為絕緣體上的硅脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因此操控方便、穩(wěn)定性好、易于集成;通過(guò)器件的級(jí)聯(lián)，可以獲得具有更高轉(zhuǎn)化位數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在此過(guò)程中，只需