电吸收调制器及其与半导体光放大器的集成研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:camel1650
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高性能、多功能光电子器件是实现光纤通信系统的基础和关键。电吸收调制器(ElectroabsorptionModulator,EAM)由于具有体积小、驱动电压低、调制效率高、非线性效应强、易于与其他半导体器件集成等多种独特优点,在光纤通信系统中具有广泛的应用。本论文围绕着EAM和半导体光放大器(SemiconductorOpticalAmplitier,SOA)与EAM的单片集成器件,开展了以下几方面的工作:  1、将双耗尽区(DDR)结构与集总式电吸收调制器(LEAM)结合,形成双耗尽区集总式电吸收调制器(DDR-LEAM)。  1)摸索了脊波导的刻蚀条件及刻蚀深度对器件电容的影响。由于更好的重复性,我们最终选择湿法加干法的方式来刻蚀脊波导。DDR-LEAM的电容与脊波导的刻蚀深度没有直接的关系,只要保证刻过有源区即可。  2)研究了电荷层的掺杂浓度和厚度对器件性能的影响。实验结果表明通过增加电荷层的掺杂浓度和厚度可以改善器件的消光比。我们模拟分析了DDR-LEAM的内部电场与电荷层掺杂浓度和厚度的关系,与实验结果基本吻合。  3)测试了器件的电容,并利用等效电路模型预测了器件的带宽。结果表明相同长度条件下DDR结构的器件电容低于常规结构的50%,DDR结构的带宽是常规结构的二倍及以上。消光比和电容的测试结果表明,DDR-LEAM在不恶化消光比的前提下能显著降低器件的电容,从而提高器件的调制带宽。  2、基于EAM的交叉吸收调制(XAM)效应,研究了张应变量子阱EAM的动态特性,并搭建系统测试其吸收恢复时间。  采用集总式电极制备了张应变量子阱EAM,量子阱中引入张应变,一方面可以降低偏振灵敏度,另一方面可以加快重空穴的逃逸过程,从而加快吸收恢复时间。我们搭建了系统平台来测试器件的吸收恢复时间,这种测试方法不需要复杂的光路,系统稳定性高,并且这种方案考虑了所有的效应,表征的是器件的整体性能。在整个C波段获得了光谱和示波器波形与反向偏压的关系,以及吸收恢复时间与反向偏压的关系。在最佳偏压处附近,器件的吸收恢复时间处于探测器的测量极限~15ps。  3、采用三种集成方案研制了BOA和EAM单片集成器件  1)常规SAG方法,工艺简单,材料质量好,利于获得好的器件性能。我们测试了器件的静态功率转移函数,结果表明集成器件具有类阶梯状的功率转移函数,可以应用于全光2R再生。我们测试了器件的动态性能包括2R再生和波长变换,获得了一些波长变换后的光谱图。  2)SAG双叠层方法,结合了SAG和双叠层的优点。借助于SAG技术,我们研制的器件大面积区(SOA区)SOA量子阱与EAM量子阱的波长差为105nm,相对于常规双叠层方案(~50nm)有了大幅度的提高,因此可以减小SOA区下方的EAM量子阱对载流子的消耗和对输入光的吸收。  3)QWI+偏移量子阱结构方法,结合了量子阱混杂和偏移量子阱的优点。我们首先利用束传播方法(BPM)对此方案进行了仿真,模拟了耦合效率和光限制因子随各种参数的变化规律,并确定了实现高耦合效率和低光限制因子的参数组合;之后进行了初步实验,实验结果表明,借助于QWI技术,此方案中SOA区SOA量子阱与下方的EAM量子阱波长差大于140nm,可以明显减小EAM量子阱对输入光的吸收和注入载流子的消耗。
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