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在光通信技术以及微波光子信号处理技术中,可调光延迟线有着广泛而重要的应用。集成化是其未来的重点发展方向,是构建片上光学系统的基本单元之一。在光子集成技术中,硅基光子学依靠其与微电子工艺相兼容的优势,成为当今集成光学中的研究热门之一。所以,基于硅基光子集成的大范围可调延迟芯片,具有重要的学术研究价值和在光电子领域的应用价值,成为近年来的研究热点。本文针对下一代高性能集成可调延迟线在调节范围、调节精度、光学损耗以及电学功耗等方面的要求,以基本的微环谐振腔单元为出发点,提出新型的微环可调延迟线结构并探讨其调节性能及带宽问题。为了突破基于慢光效应实现的微环可调延迟线在延时调节范围及带宽上的局限性,我们还提出并设计了硅基可重构光延迟线器件。本论文详细介绍这些器件的设计方法以及它们的新颖特性。首先,本文对微环谐振腔中涉及到的微纳光波导模场分布、损耗特性以及不同波导间的耦合进行了分析。详细阐述了微环谐振腔的传输特性及其通过慢光效应改变群速度而实现延时调节的工作原理。在此基础上,提出了一种新型的基于滑轮式耦合方式实现的微环谐振腔单元结构,并对其特有的耦合色散特性进行了理论分析以及实验验证。该器件相对于传统的微环谐振腔,其耦合直通系数具有可调特性。在临界耦合波长附近可以通过热光调节实现快光效应与慢光效应之间的转换,使得器件具有更大的延时调节范围,拓展了微环谐振腔延迟线的应用领域和灵活性。接着,针对单个微环谐振腔延时带宽积是一个定值的问题,本文在理论上对级联微环延迟线的延时特性进行了分析。探索了通过调节多个微环谐振腔的相位失谐量而改变器件在特定波长范围内的延时量的原理。为了减小延时调节过程中引入的信号畸变和码间串扰等问题,本文采用了平衡调节的方法。在理论分析的基础上,本文提出了一种新型的反射型级联微环延迟线。该器件利用萨格纳克反射器实现微环谐振腔的复用,使得器件总的延时带宽积增加了一倍,同时相对于传统的级联微环结构,该器件的尺寸和调节功耗也降低了一半。器件的有源调节采用了热光效应的工作原理。为实现这个效应,本文在课题组已有工作基础上,通过仿真设计了一种新型的p-i-p热电阻模型,给出了该模型结构的热光调节效率以及由于载流子吸收效应引入的器件损耗。根据理论分析结果以及工艺加工条件,设计了芯片的版图并完成加工制作,通过引线键合工艺完成了芯片的电学封装。搭建了用于测试反射型器件的光学测试平台,实验测试得到器件的功率传输频谱特性和群延时频谱特性。通过对比调节前后器件群延时频谱的变化,得到了器件的延时调节性能,以及不同延迟下的电学功耗性能指标。为了衡量器件在光通信系统中的工作性能,使用了20gbps251-1伪随机码,测试了在最小延时(10ps)以及最大延时(110ps)下的眼图。器件延时调节稳定性测试结果表明,器件可以长时间稳定工作。然后,针对慢光型光延迟线受限于带宽的问题,本文提出并实现了硅基n-bit可重构光延迟线。该延迟线是由多个2×2光开关与不同物理长度光波导连接组成的延时网络。它利用光开关选择信号传输的路径,从而实现延时可调的功能。为实现较大的延时调节范围,需要使用长度为百毫米量级的硅波导,因此波导传输损耗成为器件插入损耗的主要因素。针对这个问题,本文通过分析光波导模式分布,降低由工艺加工引入的波导散射损耗。本文采用具有大带宽、高稳定性的马赫-曾德尔干涉器结构作为2×2光开关。由于可重构光延迟线的带宽以及延时性能受限于开关串扰指标,文中对该光开关结构进行了理论分析与设计,探索了波导工艺误差对开关串扰指标的影响。开关的状态切换采用了p-i-n二极管移相器,该结构相对于反射型延迟线中采用的p-i-p热电阻,具有速度快、串扰小的优点。论文研究了p-i-n二极管基于自由载流子色散效应实现开关状态切换的机理,以及载流子吸收损耗导致的光开关两臂损耗不一致对开关串扰指标的影响。为了解决由此引起的信号串扰问题,采用了基于载流子吸收效应实现的p-i-n二极管可调光衰减器,将其嵌入可重构光延迟线的延时波导以及参考波导中,配合延迟网络的信号传输路径状态而选择性开启,起到了有效抑制串扰信号的作用。本文设计了芯片版图并完成工艺加工和电学封装,利用光纤阵列耦合测试平台测试功率传输频谱特性,用于表征可调光衰减器对器件性能的提升和影响。实验证明对于7-bit可重构光延迟线,只需4级可调光衰减器即可将干涉谱的幅度由10db以上降为4db以内,每个可调光衰减器只需10db的衰减量,对应的电学功耗为320mw。本文使用了27-1伪随机码,在不同码率下对可重构光延迟线的可调延时量进行了测试标定。论文对器件的信号传输质量进行了验证:一方面实验测试了251-1伪随机码,在25 Gbps码率下的延时信号眼图;另一方面利用矢量网络分析仪测试了器件对于微波射频信号频率响应的线性度。最后,总结了本论文的主要工作以及创新点,针对集成硅基大范围可调延迟线的研究主题,提出对未来研究和技术的展望。