基于微納米硅基環(huán)形諧振器件的光信號(hào)處理研究.pdf

1、在過(guò)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(lái)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(gè)三極管,而其計(jì)算能力堪比10年前占據(jù)整間機(jī)房的服務(wù)器。隨著沒(méi)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(zhǎng),對(duì)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(lái)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(fèi)市場(chǎng)必須基于低成本的技術(shù)。在此背景下,全球的學(xué)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(rèn)為是構(gòu)建集成光子器件的理想平臺(tái)。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?yàn)榇蟮酵ㄐ畔到y(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(lái)帶來(lái)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(kāi)了如下

3、工作：基于硅基環(huán)形諧振腔線性特性的信號(hào)處理子系統(tǒng)硅基環(huán)形諧振腔本質(zhì)上是一個(gè)濾波器,本文詳細(xì)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(gè)方面進(jìn)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(kāi)復(fù)雜的光電光轉(zhuǎn)換方式,直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行緩存。環(huán)形諧振腔相比同樣長(zhǎng)度的光纖延遲線能利用諧振增強(qiáng)特性有效地提高延時(shí)量。本文首次研究了環(huán)形諧振腔對(duì)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(shí)性能,并且利用硅基器件的熱光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了光控可調(diào)延遲線。2)微波信號(hào)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(duì)微波信號(hào)的光域處理。本文首次提出并驗(yàn)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(jìn)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(shí)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(guò)基于光纖中受激布里淵散射的窄帶濾波特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案?；诠杌h(huán)形諧振腔載流子效應(yīng)的信號(hào)處理子系統(tǒng)硅基器件在有強(qiáng)光注入的情況下會(huì)通過(guò)雙光子吸收效應(yīng)產(chǎn)生自由載流子,自由載流子會(huì)對(duì)硅的折射率進(jìn)行調(diào)制,硅基環(huán)形諧振腔會(huì)出現(xiàn)頻譜藍(lán)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(zhǎng)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