基于微納米硅基環(huán)形諧振器件的光信號處理研究.pdf

1、在過去的40年中,硅基芯片一直主導(dǎo)著電子行業(yè),并且給世界帶來了革命性的變化。如今,一塊指甲大的硅基芯片能包含將近10億個三極管,而其計算能力堪比10年前占據(jù)整間機房的服務(wù)器。隨著沒有止境的摩爾定律的繼續(xù)以及網(wǎng)絡(luò)通信的持續(xù)增長,對器件帶寬的需求使得基于銅線的傳統(tǒng)互連技術(shù)已越來越接近極限。這種限制使得全光互連成為一種替代的解決方案。然而這種全光互連的解決方案如果要應(yīng)用到大眾消費市場必須基于低成本的技術(shù)。在此背景下,全球的學術(shù)界和工業(yè)界都掀起

2、了集成光電子的研究熱潮。而在這些技術(shù)中,基于絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)的技術(shù)引起了研究人員的廣泛關(guān)注,硅基光子研究中一系列重大的技術(shù)突破使得硅基材料被認為是構(gòu)建集成光子器件的理想平臺。由于可以利用與現(xiàn)有的CMOS工藝相兼容的設(shè)備制作光子器件,使得硅基光子技術(shù)能夠為大到通信系統(tǒng),小到芯片間互連的應(yīng)用提供低成本的光電集成解決方案,有望在未來帶來光通信領(lǐng)域的又一次革命。本文圍繞硅基光子器件中的關(guān)鍵組成—硅基環(huán)形諧振腔的線性和非線性特性展開了如下

3、工作：基于硅基環(huán)形諧振腔線性特性的信號處理子系統(tǒng)硅基環(huán)形諧振腔本質(zhì)上是一個濾波器,本文詳細研究了硅基環(huán)形諧振腔的幅頻和相頻特性,制作了不同尺寸大小的硅基環(huán)形諧振腔,并根據(jù)不同特性在如下三個方面進行了新穎的子系統(tǒng)演示：1)光控可調(diào)光延遲線：可調(diào)光延遲線是光分組交換技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),可以避開復(fù)雜的光電光轉(zhuǎn)換方式,直接對光信號進行緩存。環(huán)形諧振腔相比同樣長度的光纖延遲線能利用諧振增強特性有效地提高延時量。本文首次研究了環(huán)形諧振腔對三種重要的調(diào)

4、制碼型(非歸零碼,歸零碼,差分相移鍵控碼)的延時性能,并且利用硅基器件的熱光效應(yīng)實現(xiàn)了光控可調(diào)延遲線。2)微波信號光域處理：由于硅基環(huán)形諧振腔的帶寬一般在幾GHz到幾十GHz,因此適合應(yīng)用于對微波信號的光域處理。本文首次提出并驗證了工作在臨界耦合狀態(tài)的環(huán)形諧振腔可以作為光微分器；利用該微分特性,本文進一步演示了光子產(chǎn)生四倍頻的毫米波；利用環(huán)形諧振腔的鑒頻特性本文還演示了超寬帶脈沖的光子產(chǎn)生。3)高Q環(huán)形諧振腔在全光碼型轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用：本文

5、探討了利用高Q值帶阻型環(huán)形諧振腔實現(xiàn)幅度調(diào)制到相位調(diào)制碼型轉(zhuǎn)換的可能性,并通過基于光纖中受激布里淵散射的窄帶濾波特性實驗驗證了該方案?；诠杌h(huán)形諧振腔載流子效應(yīng)的信號處理子系統(tǒng)硅基器件在有強光注入的情況下會通過雙光子吸收效應(yīng)產(chǎn)生自由載流子,自由載流子會對硅的折射率進行調(diào)制,硅基環(huán)形諧振腔會出現(xiàn)頻譜藍移等現(xiàn)象,根據(jù)這種現(xiàn)象,本文提出了以下兩方面的應(yīng)用：1)基于模式分裂硅基環(huán)形諧振腔的波長轉(zhuǎn)換：本文首次演示了基于模式分裂硅基環(huán)形諧振腔的雙