一、1X2 and 2X2 SOI Switch Applying in Optical Communication Network（论文文献综述）
宋立甲[1]（2021）在《硅基光开关与光调制器件研究》文中提出随着云计算、物联网、媒体视频、5G以及各种智能终端的普及应用,人们对数据的需求量越来越大,对通信系统在通信容量、速度以及能耗等方面的要求越来越高,传统的通信技术逐渐无法满足海量数据传输的需求。硅光子学得益于其集成度高、带宽大、能耗低、和CMOS工艺兼容等特点,在大容量、低能耗、低成本通信方面有突出优势,是片上光互连最具有潜力的方案之一。近些年,硅光集成器件的研究取得系列重要进展,众多硅光器件表现出优异性能的潜力。但在当前工艺下,要实现高性能的器件和大规模集成仍然存在较大挑战。主要包括以下两方面:一是如何突破硅材料自身的局限性实现硅基片上有源器件,二是如何实现高一致性的硅光无源器件及大规模集成。鉴于以上挑战,本文围绕硅基光开关和光调制主题,针对马赫曾德尔结构（MZI）展开硅-聚合物电光调制与低随机相位误差光开关及阵列的研究,具体包括:第一,针对高速MZI电光调制器这一卡脖子技术,本文致力于探索高电光系数聚合物材料和硅光平台相融合的异质集成新体系,以期在更小尺寸和更高带宽方面取得突破。首先,本文将亚波长光栅波导结构与新型有机电光聚合物材料相融合,设计了低损耗的大带宽MZI强度电光调制器,其附加损耗约1.5 dB,3dB带宽超50 GHz。其次,为实现更小尺寸及更低能耗,本文设计了基于金属等离激元纳米槽波导结构的MZI调制器,其尺寸仅10μm,带宽高达THz。为了解决金属等离激元纳米波导损耗大的弊病,本文提出了新型硅基表面等离激元混合波导有源调制区结构,将其损耗降低2倍,且比传统等离激元波导具有更大的工艺容差。最后,研究了钠金属等离激元波导特性,理论上其传输损耗相比金可降低4倍。在实验方面,本文研究了极化的机制及工艺,研制了基于亚波长光栅波导及金（Au）表面等离激元纳米槽波导的硅-有机混合集成的MZI电光调制器,通过极化,初步观测到了电光调制效应,为进一步实现高性能的电光调制器奠定基础。第二,本文针对MZI光开关及阵列进行了深入研究。光开关及阵列是可重构系统中关键器件。然而,传统MZI光开关由于制作误差而偏离预设定值,因而需要对各光开关单元逐一进行精确调校,这使得大规模光开关阵列的控制反馈系统极为复杂,同时也引入了额外损耗和能耗。本文首次提出了低随机相位误差的2×2光开关单元器件的概念,其核心思想是通过引入展宽波导结构精细调控MZI干涉臂光波导的光场分布,减小波导侧壁波动对其光场传输相位的影响,进而实现近零随机相位误差的2×2 MZI光开关单元。本文首先增加相移区波导的宽度和缩短相移区波导的长度降低相移区引入的累积随机相位误差,同时,提出了曲率渐变、宽度渐变的欧拉型弯曲波导,显着降低了随机相位误差。本文演示了基于欧拉型弯曲波导近零随机相位误差的2×2 MZI光开关单元,其相移区波导为2μm×30μm,欧拉型弯曲波导9×9 μm2,与传统设计相比,新型MZS的随机相位误差的均值和标准差分别降低到原来的1/375和1/11。最后,设计了基于新型MMI结构的近零相位误差MZI光开关单元,通过粒子群算法优化MMI,实现了超大光学带宽（1520～1590 nm）范围内超低损耗（<0.1 dB）、超低串扰（<-25 dB）,△φ/Δw仅为0.0083 π/nm。第三,在实验上首次实现了 4×4、8×8和16×16等无校准MZI光开关阵列。首先,基于TES-bend的无校准4×4MZI光开关阵列,在初始无校准状态下的附加损耗为3 dB、串扰为-20dB,并实现了 30Gbps数据路由切换。其次,本文采用进一步优化的TES-bend,实现了 8×8以及16×16大规模无校准MZI光开关阵列,并对其进行封装测试。8×8 MZI开关阵列无校准状态下的附加损耗和串扰分别是3 dB、-18dB;16×16MZI开关阵列无校准状态下的附加损耗和串扰分别是～4dB、-15 dB。为了实现更大规模无校准光开关阵列,需确定单元器件的设计容限,本文首次对N×N MZI光开关阵列建立了信号传输模型,分析了相干光或非相干光多端口输入,输出端口信号损伤程度,蒙特卡洛模拟了光开关阵列规模、串扰及随机相位误差的关系,确定了不同阵列规模对随机相位误差的容限,为光开关单元的设计及光开关阵列的分析提供了指导。
武刚[2]（2021）在《光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究》文中认为伴随着5G、云计算、大数据和人工智等IT技术的迅速发展,作为其主要支撑的光通信技术也迎来了新的变革与挑战。为了实现更高的数据传输速率,光通信系统中各类光模块和光器件性能大幅提升,并逐渐向小型化、高速化、集成化的方向发展。其中,硅基亚波长光栅因其卓越的光学衍射特性,被广泛应用于激光器、光探测器、耦合器、滤波器、传感器等光电子器件中,并可利用它们实现更为复杂的光子集成电路。此外,基于高品质因子微腔的多种功能器件的出现,极大地推动了光子集成和光子芯片等领域的发展。本文主要围绕亚波长光栅分束器及一种屋形光学谐振腔展开理论分析及实验研究,主要的创新点和研究成果如下:1.研究了非周期亚波长光栅的衍射光波前相位控制特性,提出了透射光为平行光束的一维亚波长光栅功率分束器,设计了偏转角分别为15°和30°、功率比为1:2的1×2功率分束器,仿真得到分束后两光束的偏转角分别为14.4°和29.5°,功率比约为1:1.87,与设计值基本相符。此外,还提出了一维亚波长光栅合束器、透射光为会聚光束的一维亚波长光栅功率分束器、一维亚波长光栅双焦透镜等结构,并对这些器件的性能进行仿真验证。2.提出了基于双层结构一维条形亚波长光栅的偏振分束器,设计了焦距40μm,能够实现波长1.55μm、垂直入射的TM偏振光反射会聚、TE偏振光透射会聚的偏振分束器。仿真得到的TM反射光束焦距为40 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.88 μm,总反射率为90.8%;TE透射光束焦距为38.3 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.7 μm,总透射率为82.4%。该器件能够很好地实现两种正交偏振态的分离,并使分束后的光束各自会聚。3.提出了基于二维块状亚波长光栅的1×N功率分束器,理论分析中,设计了焦距为10 μm的透射型1×3和1×4功率分束器,仿真得到二者的焦距分别为9.5 μm和9.7 μm,总透射率分别为89%和87.2%,焦平面上各会聚点光场强度的半高全宽均小于2 μm。实际使用中,在SOI晶片上制备了焦距为150μm、半径为216 μm的圆形1×3功率分束器和边长为370 μm的方形1×4功率分束器,测量得到两功率分束器的焦距约为170 μm,焦平面上会聚光斑轮廓清晰。4.提出了基于二维块状亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜和柱面分束透镜。理论分析中,设计了焦距为6 μm的凸柱面透镜和凹柱面反射镜,仿真得到二者的焦距分别为5.85 μm和5.6μm,两线状会聚光斑光场强度的半高全宽分别为0.82μm和1.08 μm。实际使用中,制备了周期为0.6 μm、焦距为250μm、面积为400 μm×400 μμm的亚波长光栅凸柱面透镜,在600 μm处测得透射光束的线状远场图像,两正交方向光斑光场强度的半高全宽分别为250 μm和680 μm。当改变入射光的偏振方向时,线状光斑的归一化强度保持不变,表明基于二维亚波长光栅的柱面透镜具有低的偏振敏感性。此外,还制备了 1×2柱面分束透镜,并对其衍射特性进行测试。5.提出了基于二维块状亚波长光栅的光束偏转器,理论分析中,设计了面积为7.8μm×7.8 μm、偏转角分量为α=30°（光束在光栅平面内投影与χ轴的夹角）、β=30°（光束与z轴夹角）的光束偏转器,仿真得到光束偏转角α和β分别为31.4°和29.5°。实际使用中,制备了面积为400μm×400 μm、两偏转角分量均为30°的光束偏转器,测量得到两偏转角分量分别为α测=29.5°、β测=29.6°,实现了对平行光束精确的偏转控制。6.与他人合作提出并实现了与亚波长光栅功率分束器混合集成、对称分布的三单元/四单元单行载流子光探测器阵列。在-2V偏压下,测量得到与1×3光栅功率分束器集成的三单元光探测器阵列的最大射频输出功率为11.5 dBm@15 GHz,饱和光电流为70 mA@15 GHz;与1×4光栅功率分束器集成的四单元光探测器阵列的最大射频输出功率为13.1 dBm@15 GHz,饱和光电流为91 mA@15 GHz。和相同结构的单个单行载流子光探测器相比,饱和特性有较大的提升。7.提出了一种由非平行反射镜构成的屋形光学谐振腔,分析了不同区域入射光束的谐振条件,仿真得到顶部反射镜倾角为1°、高度为4.468μm、宽度为14.976μm的屋形谐振腔TE20,1模线宽小于0.008 nm,品质因子不小于1.938×105。与具有相同尺寸参数的平行平面腔相比,屋形谐振腔能够将光场限制在更小的区域,实现了更小的光谱线宽、更高的品质因子和更小的模式体积。此外,还提出一种扩展结构的锥顶形光学谐振腔,并对其谐振特性进行了理论分析。
陈光[3]（2021）在《光载射频信号处理若干技术及应用研究》文中进行了进一步梳理光载射频信号处理是一门涉及射频技术和光子学的新兴交叉研究领域,其包括了光纤通信、无线通信、微波工程、模拟与数字信号处理、光电融合、光电子材料与器件、光载射频通信系统及网络应用等多个方面。光载射频技术的研究初衷是在射频系统中引入强大的光子技术,从而消除电子瓶颈的同时带来诸多优点,如高速率、低损耗、大带宽、小尺寸、低功耗、轻重量、高集成度、优良稳定性、抗电磁干扰、频率响应平坦、易于混合集成等技术优势。因此,通过采用基于光子学的射频信号处理技术可实现以前在电域内很难甚至是无法完成的功能或任务。正是由于这种巨大优势,光载射频通信自上世纪90年代开始研究以来,在信号处理、民用通信、国防军事、航空航天和医疗卫生等领域已得到了广泛的应用,并引起国内外学者的广泛关注。光载射频信号处理关键技术与光载射频通信（RoF）系统应用作为微波光子学两个重要的研究分支,近些年引起了研究者们的极大兴趣,并成为当前微波光子学的研究热点。本论文针对光载射频通信、光纤射频混合接入网络和微波光子雷达等民用和国防军事应用需求,依托国家自然科学基金重大项目等国家级课题,重点对光载射频信号处理关键技术和光载射频通信系统设计应用两方面开展研究工作。本论文的研究内容及创新点如下:一、提出了基于光串联单边带调制和光正交单边带复用的多模态相干光载射频通信系统为了解决多制式射频信号收发和传输面临的需求及挑战,提出一种采用光串联单边带调制（OTSSBM）和光正交单边带频谱复用（OOSSBM）的多模态相干光载射频通信系统方案,并在接收端采用数字信号处理算法辅助的相干检测,对多路相位调制码型信号的混叠信道进行识别和分离,实现了在相干光载射频通信系统中的多速率信号收发、调制解调与传输。（1）设计了相干RoF系统并进行了数值仿真,分析了 RoF系统中光载射频信号的频谱结构,并通过数字信号处理算法在接收端恢复了发射的2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK码型信号,给出了信号发射前和接收后的时域波形图和眼图对比。搭建了光载射频信号发送、传输、接收和处理的多信道高谱效相干光载射频通信实验平台。实验结果表明,对于所提出的不同类型及条件（单信道与双信道;OTSSBM与OOSSBM;40 km单模光纤传输与背靠背系统等）下的复用信号,经40公里单模光纤传输后系统性能良好,均满足误比特率（BER）低于10-9,品质因数达到6以上。（2）分析了采用OTSSBM和OOSSBM时,传输2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK信号,在保持能量效率适中的前提下,两种复用方案各自分别的频谱效率达到了 4.2 bit/s/Hz和4.9 bit/s/Hz,综合利用OTSSBM和OOSSBM两种方案达到7.4 bit/s/Hz。在提高光单载波射频通信系统的频谱效率和信道容量的同时,使用数字信号处理算法辅助的相干检测进行信号解调与恢复,没有增加额外的混叠信道分离硬件或光电器件,简化了系统结构和复杂度。二、设计了基于硅基光电子的相干光载射频通信集成发射模块和接收模块采用级联硅基微环谐振腔（MRR）结构,设计了具有波长选择性的高Q值、超窄带、可调谐的三通带光带通滤波器,并实现了基于MRR的光多载波产生的技术方案;设计了用于调制高速射频信号的硅基双电极马赫-曾德尔调制器（DE-MZM）;利用所设计的MRR滤波器和DE-MZM等硅基光电子器件,设计了一种发射多路多制式射频信号并提供多类型射频信号接入功能的光载射频信号集成发射机;利用硅基平面光波导设计了混合集成数字相干光接收机,并对所设计的集成发射模块和接收模块的性能做了系统品质因数（Q-factor）和误码率（BER）的验证和测试。（1）利用上下分插型（或称作“上传下载型”）硅基MRR设计了超窄带可调谐光带通滤波器,所设计的单微环谐振滤波器中心波长为1552.52nm,3dB带宽为0.04nm,FSR为10nm,并拥有陡峭的滤波窗口上升沿和下降沿,利用热光效应可调谐滤波通带。通过将三个硅基单微环级联,形成具有波长选择性和可重构性的三通带可调谐窄带光带通滤波器。三个通带的中心波长分别为1550.7 nm,1551 nm和1551.3 nm,其平坦度良好,通道间隔FSR达到10 nm,吸收损耗低于3 dB/cm,每个微环谐振滤波器的精细度Finesse为250,Qtotal达到38750,级联多频带微环谐振滤波器产生多载波光源,其尺寸在毫米级。（2）设计了高速硅基双电极马赫-曾德尔调制器（DE-MZM）,其带宽达到30 GHz,对于BPSK信号的数据速率接近10 Gbit/s。以三个频带作为光载波分别调制不同频段和类型的射频信号,以BPSK调制码型发射则每路信号达到10 Gbit/s的数据速率。设计了亚微米尺寸硅基波导可调谐光衰减器（VOA）,并分析了其特性。设计了双平行双电极马赫-曾德尔调制器,其被用于构成I/Q调制器。将有三个频带的微环谐振滤波器和三个硅基调制器串联后再并联,构成了在三个光载波上调制,同时加载多路不同类型宽带信号（如WiFi,WiMAX等射频信号,或数字信号和模拟信号的任意组合）的光载射频通信集成发射机,整个芯片尺寸为7.8 mm2的毫米量级。（3）为了解决相干光载射频通信系统对于数字相干接收机在集成度、功耗、工作稳定性、灵敏度、响应度波动、相位误差方面的进一步需求,设计了一种基于硅基平面光波导的集成数字相干光接收机前端,并测试了所设计的集成相干接收机前端模块的性能和参数指标。在1520 nm～1620 nm宽波长范围内,相位漂移在±1°,保证了相应端口良好的相位正交性。当温度在-5℃～80℃时,响应度幅度波动在±0.25 dB;相邻光电探测器端口之间的响应度偏差在0.4 dB之内。测试了对于112 Gbit/s PDM-QPSK调制码型信号的接收性能,得到了偏振正交方向X信道和Y信道上清晰且易于判决的星座图,以及品质因数（Q值）和信号光功率（光信噪比）的近似线性对应关系。三、设计基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术方案为了在一个光载射频信号处理系统中实现多项功能,并提高系统集成度及降低成本,对光载射频信号处理的三种核心技术——移相、滤波和倍频进行了综合方案设计。（1）基于双偏振双平行马赫-曾德尔调制器（DP-DPMZM）,设计了具有倍频功能的宽带光载射频信号移相器,不仅对射频信号进行2-6倍频调控,且在光域实现了 360°相位控制。仿真验证了其相移范围和倍频效果,相移量与相位调控参量接近线性关系,多倍频与相位控制这两种处理同时进行。分析了消光比的变化、90°混合器的幅度和相位不平衡性对相位漂移、幅度抖动及系统稳定性的影响。（2）借助MZM的单边带（SSB）调制（用于加载射频信号）和半导体光放大器（SOA）的光学非线性效应（慢光效应和相干布居振荡）,设计了一种滤波通带（中心波长）和3 dB带宽均可调谐的射频光子滤波器,该滤波器中心波长在15 GHz-20 GHz的频率范围内调节,并具有超过15 GHz的自由频谱范围（FSR）,中心波长不同,其FSR不同,最低的FSR亦超过15 GHz。调节SOA的注入电流,实现了其频带和3 dB带宽可调,在SOA驱动电流为420 mA左右时,FSR=15.44 GHz,滤波器通带的3 dB带宽BW3dB=2.45 MHz,品质因数Q-factor>6300（对于单通带滤波器,Q-factor=Finesse=FSR/BW3dB≈6302）,滤波器带外抑制比达到41 dB。（3）采用偏振分束器、偏振耦合器与两个SOA构成马赫-曾德尔干涉仪型结构（SOA-MZI）,设计了宽带射频光子移相器,数值模拟仿真结果表明:相移的动态范围达到360°、调控精度达到0.1°、相移带宽接近30 GHz,相位变化量与SOA驱动电流呈现良好的线性关系,且依照相移精度对相移量进行连续调节。这些特性均优于传统方案。此外也对所设计的射频光子移相器非线性失真原因做了初步分析。上述三个创新点不仅提升了光载射频通信系统的信道容量、频谱效率和多模态应用,丰富了光载射频信号发射和接入服务的多样性,还提高了系统集成度,降低功耗、减小器件尺寸,增强系统的稳定性和可靠性。实现了对射频信号的相位在光域进行连续精确调控,同时进行倍频和滤波等处理,增强了光载射频信号处理系统的综合功能。本论文针对基于光载射频通信的超宽带无线接入网络、微波光子雷达、光控相控阵、电子对抗系统以及其它需要高性能光载射频信号处理的领域开展研究,所取得的研究成果在未来相关研究领域中具有一定的实用价值和应用前景。
程嘉琪[4]（2020）在《SOI热光开关阵列驱动及控制电路设计》文中提出近年来网络传输数据流量呈爆炸式增长,传统的电交换已难以满足网络宽带的发展需求,加快光交换的应用研究迫在眉睫。光开关阵列芯片和模块作为光交换系统中的核心部件,对于光通信技术的发展具有重大意义。基于绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）的热光开关技术,以其响应速度快、损耗低、功耗小、集成度高、和COMS工艺相兼容的优点,在光网络的发展中发挥着积极的作用。除了要在设计上不断提升SOI热光开关阵列芯片本身的性能以外,也要重视大规模开关阵列的驱动和控制电路对开关模块的综合性能的影响。本文在研究热光开关阵列结构以及其工作机理的基础上,首先完成了对实验室研制的SOI热光开关阵列芯片的封装。针对芯片上的单通道光开关阵列（单通道阵列中包含7个级联的2×2热光开关单元）,设计并制作了以单片机为核心的控制电路。通过以驱动芯片ULN2803为核心的驱动电路,实现了对7个光开关单元的独立控制。在此基础上本文又扩展驱动电路的输出端口数目,设计并制作了以上位机为控制端的多通道驱动控制电路（可同时控制56个热光开关单元）。基于该驱动及控制电路,搭建了光开关阵列的静态参数测试系统和动态响应测试系统。对光开关的插入损耗、开关电压、串扰、响应时间进行了测试。实验结果表明,驱动电路输出方波信号的上升时间为334ns,下降时间为160ns;测试的热光开关响应,上升时间为4μs,下降时间为6μs。驱动电路能快速地驱动SOI热光开关工作,并且其输出电压可调范围大,能应用于不同开关电压的热光开关驱动。由于硅材料具有很大的热光系数(1.86×10-4K-1),环境温度以及芯片自身温度的变化也会影响光开关的性能,因此本文又设计并制作了以单片机和半导体制冷片为基础的多通道光开关阵列芯片温控系统。通过DS18B20温度传感器检测芯片的实时温度,温度值输入单片机后,可在LCD中实时显示。与设定温度值比较后,由单片机输出控制LMD18200并驱动TEC加热或制冷,维持芯片温度的恒定。进一步提高了SOI热光开关阵列工作的稳定性和一致性。
李天成[5]（2020）在《绝缘体上硅波导反射模式古斯-汉欣效应的热光开关》文中提出现代光纤通信和计算机数据通信对硅基光子集成器件的需求越来越强烈,尤其是建立在硅基光波导平面光波电路（Planar Lightwave Circuit,PLC）技术的光器件。目前,波分复用器件、光分束器件和光耦合器件等都已在工业上广泛应用,所以对另一个更关键的核心器件:光开关、光开关阵列及矩阵光开关的需求也更加迫切。在绝缘体上硅（Silicon-on-Insulator,SOI）波导平台上,本文采用光波导转角镜（Waveguide Corner Mirror,WCM）结构实现反射导模的有效古斯-汉欣（Goos-H?nchen）空间位移,进而与热光（Thermo-Optic,TO）折射率调制（Refractive Index Modulation,RIM）有效结合实现光波导数字式热光开关功能。在对此热光开关器件的研究中,通过建立理论模型以及光场仿真专业软件-有限时域差分（Finite Difference Time-Domain,FDTD）对数字开关的功能进行了系统的仿真。在给定入射角的情况下优化了古斯-汉欣空间位移,使反射光束的输出位置在TO-RIM作用下达到了有效跃迁。结果表明,利用单模输入波导与多模干涉（Multimode Interference,MMI）结构之间反射导波模式本征态上的有效匹配,在实验上论证了1×3或1×2数字光开关功能,并且观察到了高功率输出信号的动态光开关效果。实验测得片上器件结构引起的额外光损耗为0.3dB,开关功耗为130-150mW,开关时间约50μs,输出隔离度为15dB。另外,通过与传统的基于马赫-泽德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）的光开关比较,展现了基于古斯-汉欣空间位移的数字式热光开关的优越性,并对未来的应用与发展前景进行了展望。
庄圆[6]（2020）在《扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究》文中研究表明近年来,高清电视和交互式点播网络电视、在线数字电影和游戏、3D电视、移动多媒体、视频会议、云存储/云计算、社交网络、短视频分享等新兴业务如雨后春笋般涌现,这些新兴业务对接入网的带宽需求越来越高,带宽需求随着数据以爆炸式增长,容量大以及运行、维护成本低的无源光网络已经是用来解决接入网宽带瓶颈的第一选择。目前,无源光网络已从2.5Gbps升级到10Gbps以满足Internet流量的快速增长,开发低成本、高速可调谐的光发射机迫在眉睫。在C波段,随着传输距离的增加,光纤色散会使脉冲信号发生变形进而导致误码率增加。对于高速率远距离传输系统,电吸收调制器和铌酸锂调制器仍然是主流选择,但是它们同色散补偿模块一样成本高、能耗大。因此开发一种低成本、结构简单、低能耗的高速可调谐发射机非常有意义V型腔可调谐激光器是一种低成本、结构简单、性能优良可靠的半导体激光器,是未来城域网、接入网和数据中心等应用场景中极具吸引力的选择。本课题针对下一代无源光网络的需要,提出两种基于V型腔可调谐激光器的提高信号传输距离的方案:一是采用外调制的方式,利用偏置量子阱技术单片集成V型腔可调谐激光器和马赫曾德调制器;二是采用啁啾管理的方式,用阵列波导光栅对V型腔可调谐激光器的频率啁啾进行管理从而提高传输距离。本论文在InGaAsP材料五量子阱晶圆上,成功开发了基于波长248nm准分子激光诱导量子阱混合的全新工艺。通过合理选择激光照射的能量密度和脉冲数,以及快速热退火的温度和时间,调节有源区量子阱混合的程度,可以获得最高120nm的波长蓝移。利用准分子激光诱导量子阱混合技术成功制作了 FP激光器和V型腔可调谐半导体激光器,成功证明了准分子激光诱导量子阱混合技术工艺简单、性能良好、不需要二次生长,将会是未来非常有潜力的一种单片集成方案。本文首次提出基于V型腔可调谐激光器和马赫曾德调制器单片集成的设计方案。选择偏置量子阱技术作为单片集成平台,芯片外延层状结构有源部分采用5量子阱结构,无源波导部分采用350nm厚的1.4Q InGaAsP材料,设计了单端输入和双端输入两种整体结构。本文首次提出利用高斯型阵列波导光栅AWG对V型腔可调谐激光器进行啁啾管理来提高信号传输距离的方案。这种方案经过实际测试,10Gbps速率直接调制V型腔激光器在没有任何色散补偿的情况下可以无误码（BER<10-12）传输超过20km,传输10km和20km只有2dB和4dB的功率代价。波分复用器件AWG和可调谐半导体激光器都是作为WDM网络中的核心单元,利用两者的配合扩展直接调制信号的传输距离是非常有实际应用价值的。
姜明慧[7]（2020）在《基于有机聚合物的光开关器件及其集成技术研究》文中认为随着通信技术的迅速发展,人类社会已进入了崭新的信息时代。随之而来的5G通信系统也必将带动一次巨大的产业变革,它将在医疗、教育、智能家居、智慧城市等领域带来新一轮翻天覆地的变化。而通信技术的飞速发展也必然伴随着对光网络更高的需求。作为光网络中的重要元件,光开关器件性能提升也将成为光通讯领域重要的发展方向。为研制出低延时,低功耗,高度集成,高可靠性且工艺简单的集成光开关芯片,光开关及其集成技术的研究至关重要。本文以有机聚合物材料为基础,对基于聚合物材料的热光开关与电光开关器件进行了研究。结合了低损耗聚合物材料,非线性聚合物材料,以及无机材料的光学,热学特性,对几种光开关器件进行了结构和工艺的设计,并对器件进行了制备和测试。本论文的主要工作及创新性总结如下:1.首先,基于平面光波导理论对几种不同结构波导的有效折射率计算方法进行了简要介绍。并针对本文中贯穿始终的MZI（Mach-Zehnder Interferometer）型光开关器件,介绍了MZI型波导结构及基于这种结构的光开关的工作原理。最后对本文涉及到的两种开关的工作原理即介质材料的热光效应和电光效应进行了详细介绍。2.提出了一种基于有机/无机混合波导结构的热光开关器件及其集成化制备工艺。通过引入聚合物/Si O2混合波导结构和空气隔离槽结构来缩短器件的响应时间,并降低器件的功耗。文中根据所选择的介质材料的性质,计算了波导的单模传输条件,并根据介质的光学和热学特性分析了引入空气隔离槽结构对波导截面光场分布和热场分布产生的影响。基于模拟计算结果,完成了波导和电极结构的优化设计。针对引入空气隔离槽结构会带来的工艺成本增加的问题,本文采用了一种集成化工艺完成了器件的制备。对制备完成的器件进行了光学性能及动态响应的测试。测试得到器件的功耗约为5.2 m W,开关上升时间和下降时间分别为192.2和201.1μs。与已报道的基于多种不同材料体系的热光开关器件进行对比可知,该热光开关器件在响应时间和功耗方面的性能有所提升。而采用该器件结构和制备工艺,还可简化热光开关的制备工艺流程,降低器件生产成本。3.自主合成了一种非线性聚合物材料MS-TCF/P（MMA-GMA）,并对材料的成膜性以及光学和热学特性进行了表征。同时,针对非线性聚合物材料光学吸收损耗大的问题,本文对传统的聚合物电光开关结构进行了调整。提出了一种基于非线性聚合物波导包层和低损耗聚合物波导芯层的新型电光开关器件。在单模传输条件下,通过对分布在波导包层中的光场能量进行计算进而确定了芯层波导尺寸。并根据所设计的尺寸参数,对波导截面光场分布情况,介质层内部的电场分布情况,以及器件内的光束传输情况分别进行了模拟。文中采用了全湿法刻蚀工艺完成了器件的制备。制备完成的电光开关器件插入损耗约为10.2 d B,开关的上升时间和下降时间分别为55.58和57.98 ns。与此前报道的相似结构进行了对比,通过调整波导结构可以在实现电光开关功能的基础上,有效减小聚合物电光器件的插入损耗,在含有电光调制单元器件的大规模集成光子芯片中具有重要的应用前景。4.传统的基于非线性聚合物芯层的电光器件由于芯层材料与其他光波导器件的芯层材料存在材料失配且存在一定的光吸收,因而不利于制备集成器件。针对这一情况,结合前期对热光开关与电光开关的研究工作,提出了一种基于非线性聚合物包层波导的三维集成光开关器件。该器件由一个垂直耦合器和一个非线性聚合物包层的MZI波导所组成。其中垂直耦合器可实现上下层波导间的光信号互连,并可通过热光效应对其进行控制。采用非线性聚合物作为上包层材料则可实现信号的高速开关或调制功能。文中根据所选择材料的光学特性,对器件的结构参数进行了优化设计。并采用了CMOS兼容工艺完成了器件的制备。制备的器件可实现光信号在上、下两层波导之间的任意切换以及响应时间约为10 ns高速开关/调制功能。该器件实现了可控的三维光互连与高速调制的功能集成,为聚合物电光器件在三维集成器件中的应用提出了一种可行的方案,有利于拓展电光器件在三维集成光子芯片中的应用。
陈敬业[8]（2020）在《面向片上复用的硅基光子器件研究》文中提出随着现代物联网、大数据等行业的兴起,人类社会对信息量的需求急剧增长,宽带网络容量需求呈现急剧增长态势,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。光电子集成器件具有体积小、重量轻、功耗小的特点,是突破光通信系统、数据中心光互连等领域瓶颈的核心。其中,硅基光子芯片具备CMOS工艺兼容的特征,能够与专用集成电路芯片集成,实现低成本的显着优势受到广泛关注。硅基光子器件发展日益成熟,但仍然存在一些亟待解决的问题。面对不断提升的网络容量需求,复用技术是有效提高总传输速率的重要方法之一。本文主要针对硅基光子复用系统中的关键器件展开研究,围绕高性能复用器件及硅基光子器件的偏振敏感、温度敏感问题,从器件理论设计角度深入分析,并进行了实验验证。首先,我们研究了硅基粗波分复用器件,着重改进器件尺寸和带宽等性能。基于多模干涉耦合器结构,设计了两种单纤三向复用器:一种是倾斜型多模干涉耦合器,另一种是多模干涉耦合器结合光栅反射镜结构,利用伪自映像的原理,突破传统多模干涉耦合器结构的设计限制。1310 nm波段具有大于100 nm的反射带宽,测试得到插损小于2 dB,串扰小于-15 dB,器件长度～450μm,器件尺寸与传统多模干涉耦合器结构的波分复用器相比减小一半。针对多模干涉耦合器结构存在的尺寸较大和插损较大的问题,我们又提出了一种基于级联弯曲定向耦合器结构的单纤三向复用器,器件尺寸显着减小至19 μm×31 μm,测试得到各端口插损小于1 dB,串扰小于-15 dB,所有端口的带宽均满足通信标准,具备较好的综合性能。基于亚波长光栅波导,实现了新型反向耦合器结构的波分复用器,器件尺寸进一步减小,透射光谱具有宽带平顶效果,1 dB带宽大约11nm。其次,我们致力于解决硅基光子器件的偏振敏感和温度敏感两大关键问题。提出了基于级联弯曲定向耦合器结构的偏振不敏感单纤双向复用器,实验实现35 nm带宽内的偏振相关损耗小于1 dB并且串扰小于-15 dB,改善了单纤多向复用器的偏振敏感性,器件结构紧凑、带宽大。针对大规模集成复用系统中的波导交叉需求,提出并制作的垂直交叉了偏振不敏感多模干涉耦合器结构,利用自聚焦效应减小波导交叉损耗,测试得到90 nm带宽范围内的偏振相关损耗小于1 dB,两个端口的串扰小于-25dB,器件制作工艺容差大。针对复用系统中的路由问题,我们设计了偏振不敏感光开关,优化的偏振不敏感功分器保证了器件在100 nm带宽范围内具有大于20 dB的高消光比,在此基础上结合干涉臂的偏振转换,实现偏振不敏感。针对硅基光子器件的温度敏感问题,基于狭缝波导和边调制光栅结构,提出并实现了一种热不敏感窄带滤波器,测试得到的滤波器带宽0.75 nm,上包层温度补偿材料显着减小了硅光滤波器的波长漂移量,波长漂移系数小于-3pm/℃,拓展了窄带滤波器的工作温度范围。最后,我们总结本文已完成的工作内容,并且对后续的工作进行展望。
陆烨凯[9]（2018）在《基于马赫曾德尔结构的硅基光开关的设计研究》文中认为随着现代社会对于通信的容量与速度有着越来越大的需求,通信技术取得了不断发展,与此同时,与传统电通信相比,拥有更大带宽、更高速率、更低损耗、更小串扰的光通信近来蓬勃发展。在目前的光通信以及光网络中,光开关是大规模、高流量光交换系统的核心器件之一,起着举足轻重的作用。目前的光开关市场中,MEMS光开关的应用最为广泛。然而其毫秒量级的开关时间已经越来越不能满足光通信网络所提出的需求。同时,在各高校与企业的实验室中,基于铌酸锂、磷化铟等材料的高性能光开关也引起了人们的注意。但是高昂的材料以及制作成本妨碍了其在商业市场上的大规模应用。为了兼顾高性能与低成本、量产化,基于硅材料的光开关展示出了很大的潜力。本论文对基于马赫曾德尔干涉仪结构的光开关进行了结构的参数设计,确定了其基础材料是SOI晶圆,同时以脊状波导作为相移器的结构,通过FDTD对参数进行仿真,最终设计并制造得到了能基本满足目前光通信系统中所需求的性能要求。对于1546 nm波长的输入光,最终实验结果显示该硅基电光开关的消光比达到了 21.8 dB,同时开启电压大致为0.95 V,总的功率消耗为4.27 mW左右。在保证20 dB大消光比的前提下,该器件所能容忍的电压浮动范围为10.5 mV。在开关速度方面,其上升与下降时间均在纳秒量级,性能能满足高速率要求的现代光通信系统。对于硅基光开关的制作流程,能够与目前的CMOS工艺进行很大程度上的兼容。例如,当前光刻所采用的微电子行业的深亚微米技术的最小特征尺寸已经低于了 100 nm,向10 nm进展,这个特征尺寸已经远远高于硅基光开关结构制作的需求了。因此,目前的国内很多公司与研究所都能进行生产制造,本论文最终的流片交给了中科院微电子所并成功制作成了该硅基光开关。该硅基光开关的移相器结构长度为500 μm,因此整个器件体积并不大,与毫米量级相移器结构的MZI电光开关以及MEMS光开关相比,在芯片集成方面的应用具有一定优势。因此,本论文最终设计并制作出的基于MZI结构的硅基电光开关在性能参数、加工工艺难度与成本、集成性能这三大方面,都得到了较为良好的结果,没有明显缺陷。
朱瑞[10]（2018）在《加工工艺误差对硅基热光开关性能的影响》文中指出随着光通信与光互联技术的发展,由于硅材料有低成本和与现有的加工平台兼容等诸多优异性质,硅基光子学得到了越来越多的关注。高速率、高集成密度、低功耗、低损耗的光电器件是硅基光子学的研究重点。光开关在光通信、光互联及可重构量光电路中扮演着重要的角色,其性能的优劣密切影响着整个光路的工作状况。在芯片制造过程中,工艺误差是不可避免的。对硅基无源和有源器件的制造工艺流程进行详细说明,并指出制造过程中可能出现的工艺误差及其对无源器件性能的影响。比如对于定向耦合器（DC）的两根平行波导,分析其可能出现的三种变化方式,即宽度或高度同步变化（synchronous variation）、高度不变而宽度出现差分变化（differential variation）、高度和宽度都出现差分变化。结果表明,即使是小的差分变化也比大的同步变化对分光波长的影响大很多。设计基于SOI晶片的1×2和2×2型马赫增德尔型热光开关并交由CMOS代工厂加工。经过测试,1×2型插损在1.5dB以下,消光比最大能达到20dB,π相移加热功率为16.5mW,上升时间（10%～90%）和下降时间分别为3.6us和19us;2×2型插损在1dB以下,四路径的消光比最大都可以达到30dB以上（光波长1628nm）,π相移加热功率为33.7mW,上升时间和下降时间分别为10.26us和19.2us,基本满足光互联的需要。重点分析工艺误差对2×2型热光开关的影响。文中指出了热光开关等有源器件在分析工艺误差对其性能影响中的复杂性,并提出了分别从器件和结构两层面进行分析的方法来降低复杂度。实验发现2×2开关的直通口（barport）与耦合口（crossport）的消光比在某些波长处有近20dB的差异,最大消光比对应的波长由设计的1550nm偏移到1628nm。经过对器件物理的分析,可以用开关中两个定向耦合器分光比的同步变化来解释这一现象。计算表明,波导2～3nm的宽度和高度差分变化就可以使其3dB分光波长发生70nm的偏移,再加上MZI两臂可能出现的轻微不对称,上述现象得到完美的解释。针对开关阵列中的单波导交叉,设计了一种基于MMI的单交叉结构,测试插损为-0.14dB,串扰为-40dB。此外,还设计并优化了MMI型的双交叉结构,模拟结果显示其插损都低于0.3dB,串扰值在-25dB以下。
二、1X2 and 2X2 SOI Switch Applying in Optical Communication Network（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、1X2 and 2X2 SOI Switch Applying in Optical Communication Network（论文提纲范文）
（1）硅基光开关与光调制器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基光子学 |
| 1.2 硅基光调制技术 |
| 1.3 可重构光开关技术 |
| 1.4 本文的主要内容和创新点 |
| 1.4.1 主要内容 |
| 1.4.2 主要创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论、仿真与工艺 |
| 2.1 光学仿真方法 |
| 2.1.1 光波导模式理论 |
| 2.1.2 硅波导模式仿真与计算 |
| 2.1.3 光场传输仿真与计算 |
| 2.2 马赫曾德尔结构的基本特性 |
| 2.3 有机电光材料 |
| 2.4 工艺制备方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 硅-有机混合的新型MZI电光调制器 |
| 3.1 硅-有机混合电光调制器的原理 |
| 3.2 硅-有机混合电光调制器研究现状 |
| 3.3 材料、结构设计 |
| 3.3.1 材料性能 |
| 3.3.2 基于亚波长光栅结构的硅-有机混合型MZI电光调制器 |
| 3.3.3 基于等离激元波导的低损耗硅-有机混合MZI电光调制器 |
| 3.4 制作与极化 |
| 3.5 测试与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 低随机相位误差2×2 MZI光开关单元 |
| 4.1 硅光开关单元的研究现状 |
| 4.2 基于展宽相移区的低随机相位误差2×2 MZI光开关 |
| 4.2.1 器件设计 |
| 4.2.2 器件制作 |
| 4.2.3 器件测试与分析 |
| 4.3 基于宽度渐变欧拉弯曲波导的低随机相位误差2×2 MZI光开关 |
| 4.3.1 器件设计 |
| 4.3.2 器件测试与分析 |
| 4.4 基于新型MMI结构的低随机相位误差2×2 MZI光开关 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 无校准的MZI光开关阵列 |
| 5.1 开关阵列的基本特性与研究现状 |
| 5.2 基于Benes拓扑结构的无校准4×4 MZI光开关阵列 |
| 5.2.1 无校准4×4 MZI光开关阵列的设计 |
| 5.2.2 测试与分析 |
| 5.3 基于Benes拓扑结构的无校准8×8 MZI光开关阵列 |
| 5.3.1 无校准8×8 MZI光开关阵列的设计 |
| 5.3.2 测试与分析 |
| 5.4 基于Benes拓扑结构的无校准16×16 MZI光开关阵列 |
| 5.4.1 无校准16×16 MZI光开关阵列的设计 |
| 5.4.2 测试与分析 |
| 5.5 N×N Benes开关阵列与随机相位误差的关系分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（2）光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 论文研究的意义 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 亚波长光栅的研究进展及应用 |
| 2.1 基于亚波长光栅的高反射镜 |
| 2.2 基于亚波长光栅的抗反射表面 |
| 2.3 基于亚波长光栅的光波导 |
| 2.4 基于亚波长光栅的偏振控制器件 |
| 2.5 基于亚波长光栅的相位控制器件 |
| 2.6 基于亚波长光栅的耦合器 |
| 2.7 基于亚波长光栅的滤波器 |
| 2.8 亚波长光栅的应用前景 |
| 2.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 亚波长光栅的严格耦合波分析法及器件设计方法 |
| 3.1 周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析法 |
| 3.1.1 一维条形周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.1.2 二维块状周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.2 基于亚波长光栅的光学器件设计方法 |
| 3.2.1 基于一维条形亚波长光栅的器件设计 |
| 3.2.2 基于二维块状亚波长光栅的器件设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 一维亚波长光栅分束器的研究 |
| 4.1 基于一维亚波长光栅的功率分束器 |
| 4.1.1 透射光为平行光束的功率分束器 |
| 4.1.2 基于一维亚波长光栅的合束器 |
| 4.1.3 透射光为会聚光束的功率分束器 |
| 4.1.4 一维条形亚波长光栅双焦透镜 |
| 4.2 基于一维亚波长光栅的偏振分束器 |
| 4.2.1 偏振分束器模型 |
| 4.2.2 偏振分束器的结构设计 |
| 4.2.3 偏振分束器的仿真验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维亚波长光栅分束器的研究 |
| 5.1 基于二维亚波长光栅的1×N功率分束器 |
| 5.1.1 具有会聚功能的透射型1×N功率分束器模型 |
| 5.1.2 1×N功率分束器的结构设计 |
| 5.1.3 1×N功率分束器的仿真验证 |
| 5.1.4 一种1×9功率分束器 |
| 5.2 基于二维亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜 |
| 5.2.1 柱面透镜和柱面反射镜模型 |
| 5.2.2 柱面透镜和柱面反射镜的设计与仿真 |
| 5.2.3 柱面透镜的实验验证 |
| 5.3 基于二维亚波长光栅的柱面分束透镜 |
| 5.4 基于二维亚波长光栅的光束偏转器 |
| 5.4.1 光束偏转器模型及光束控制机理 |
| 5.4.2 光束偏转器的性能仿真 |
| 5.4.3 光束偏转器的实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光栅功率分束器与光探测器阵列集成的研究 |
| 6.1 单行载流子光探测器原理 |
| 6.2 与亚波长光栅功率分束器集成的光探测器阵列结构 |
| 6.3 1×N光栅功率分束器的设计与制备 |
| 6.4 集成光探测器阵列的设计与制备 |
| 6.5 集成光探测器阵列的性能测试 |
| 6.5.1 暗电流测试 |
| 6.5.2 频率响应特性测试 |
| 6.5.3 交流饱和特性测试 |
| 6.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 屋形光学谐振腔的研究 |
| 7.1 一种屋形光学谐振腔 |
| 7.1.1 屋形谐振腔的结构及分析 |
| 7.1.2 屋形谐振腔的模式特性 |
| 7.2 一种锥顶形光学谐振腔 |
| 7.2.1 锥顶形谐振腔结构及分析 |
| 7.2.2 锥顶形谐振腔的模式特性 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（3）光载射频信号处理若干技术及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光载射频信号处理的研究背景和意义 |
| 1.2 光载射频通信的发展动态及技术优势 |
| 1.2.1 光载射频信号处理与光载射频通信的国内外研究现状 |
| 1.2.2 光载射频通信技术的未来发展趋势 |
| 1.2.3 光载射频通信技术面临的挑战 |
| 1.2.4 射频光子信号处理在雷达系统中的应用及发展前景 |
| 1.3 论文主要内容及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光载射频信号处理的理论基础 |
| 2.1 RoF系统中光载射频信号的产生 |
| 2.1.1 光载射频通信系统中的调制器 |
| 2.1.2 双光源外差混频技术 |
| 2.2 光电上变频和下变频技术 |
| 2.2.1 MZM实现上变频 |
| 2.2.2 EAM实现上变频 |
| 2.2.3 光电下变频技术 |
| 2.3 射频信号的光域调制与解调技术 |
| 2.3.1 光载射频信号的直接调制技术 |
| 2.3.2 光载射频信号的外调制技术 |
| 2.3.3 光载射频信号的包络检波解调 |
| 2.4 光载射频通信链路中的信号失真原因及分析 |
| 2.4.1 谐波失真问题研究 |
| 2.4.2 RoF系统光纤链路中的传输色散 |
| 2.4.3 RoF链路中的噪声产生原因及特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 多信道高谱效相干光载射频通信系统 |
| 3.1 基于串联单边带调制的光载射频信号产生 |
| 3.1.1 光载射频信号串联单边带调制的方案设计 |
| 3.1.2 光载射频信号串联单边带调制的数学模型与理论推导 |
| 3.2 基于光正交单边带复用的光载射频信号产生 |
| 3.2.1 光载射频信号正交单边带复用的方案设计 |
| 3.2.2 光载射频信号正交单边带复用的理论推导与分析 |
| 3.3 多信道高谱效相干光载射频通信系统仿真与实验研究 |
| 3.3.1 相干光载射频通信系统仿真研究 |
| 3.3.2 多模态相干光载射频通信系统的设计及实验平台的建立 |
| 3.3.3 基于数字信号处理的光载射频通信相干接收与信号解调恢复 |
| 3.3.4 多信道高谱效光载射频通信系统实验结果及性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于硅基光电子的相干光载射频通信集成收发机 |
| 4.1 高Q值超窄带的光带通滤波器设计 |
| 4.1.1 基于硅基单微环的波长选择性光带通滤波器 |
| 4.1.2 基于串联多微环的可调谐超窄带光带通滤波器 |
| 4.2 基于硅基滤波器和硅基调制器的集成光载射频信号发射机设计 |
| 4.2.1 硅基双电极马赫-曾德尔调制器的设计与实现 |
| 4.2.2 硅基集成多信道光载射频信号发射机设计与实现 |
| 4.2.3 硅基光载射频信号发射机的仿真验证及结果分析 |
| 4.3 基于集成发射机的相干光载射频通信系统 |
| 4.3.1 集成相干光载射频信号发射机的实现 |
| 4.3.2 光载射频通信系统性能验证及结果分析 |
| 4.4 光载射频通信集成数字相干光接收机前端设计 |
| 4.4.1 集成数字相干光接收机的方案设计 |
| 4.4.2 集成数字相干光接收机前端的设计结构 |
| 4.4.3 数字相干光接收机前端模块的性能参数指标 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术 |
| 5.1 基于DP-DPMZM的光载射频信号移相与倍频方案 |
| 5.1.1 基于DP-DPMZM倍频相移方案的机理分析与数学模型 |
| 5.1.2 倍频功能的数值仿真与验证分析 |
| 5.1.3 移相功能的数值仿真结果及分析 |
| 5.1.4 基于DP-DPMZM的倍频移相系统性能影响因素分析 |
| 5.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器的设计方案 |
| 5.2.1 基于MZM和SOA的射频光子滤波模块设计 |
| 5.2.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器仿真验证及结果分析 |
| 5.2.3 射频光子滤波器的应用分析 |
| 5.3 基于SOA-MZI结构的光载射频信号移相器设计 |
| 5.3.1 光载射频信号移相的机理特点及典型设计方案分析 |
| 5.3.2 基于SOA-MZI结构的射频光子移相器设计方案 |
| 5.3.3 基于SOA-MZI的光载射频移相器仿真验证及结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文研究成果 |
| 6.2 不足之处及改进措施 |
| 6.3 未来展望 |
| 附录 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果目录 |
（4）SOI热光开关阵列驱动及控制电路设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光开关的研究背景及意义 |
| 1.2 SOI热光开关及其阵列研究进展 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 SOI热光开关阵列工作原理及封装研究 |
| 2.1 SOI热光开关的基本原理 |
| 2.1.1 热光效应 |
| 2.1.2 热传导原理 |
| 2.2 SOI热光开关单元 |
| 2.2.1 SOI热光开关单元的结构 |
| 2.2.2 SOI热光开关的性能参数 |
| 2.3 SOI热光开关阵列芯片的结构 |
| 2.4 SOI热光开关阵列芯片的封装 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 SOI热光开关驱动与控制电路设计 |
| 3.1 驱动及控制电路的总体设计方案 |
| 3.2 单通道驱动控制电路设计 |
| 3.2.1 系统电源 |
| 3.2.2 单片机外围电路 |
| 3.2.3 按键电路 |
| 3.2.4 驱动电路 |
| 3.3 多通道驱动控制电路设计 |
| 3.3.1 串口通信电路 |
| 3.3.2 单片机多机通信 |
| 3.3.3 系统电路原理图 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 SOI热光开关驱动与控制电路的制作与测试 |
| 4.1 PCB设计 |
| 4.1.1 PCB设计流程 |
| 4.1.2 PCB设计规则 |
| 4.2 PCB制作及元器件焊接 |
| 4.3 SOI热光开关的测试与分析 |
| 4.3.1 驱动电路性能测试 |
| 4.3.2 光开关测试系统搭建 |
| 4.3.3 光开关性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 SOI热光开关阵列芯片的温控电路设计 |
| 5.1 温控系统的总体设计方案 |
| 5.2 温控电路硬件设计 |
| 5.2.1 系统电源电路设计 |
| 5.2.2 温度采集电路设计 |
| 5.2.3 TEC驱动电路设计 |
| 5.2.4 按键电路设计 |
| 5.2.5 显示电路设计 |
| 5.3 温控电路制作与调试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 前景展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
（5）绝缘体上硅波导反射模式古斯-汉欣效应的热光开关（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光开关的研究现状 |
| 1.2.1 国内发展现状 |
| 1.2.2 国外发展现状 |
| 1.2.3 国内外研究现状对比分析 |
| 1.3 绝缘体上硅波导的优势及发展现状 |
| 1.4 古斯-汉欣效应研究进展 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 SOI-WCM型数字式热光开关理论基础 |
| 2.1 建立SOI脊型波导转角镜(WCM)理论模型 |
| 2.2 GH空间位移和角度位移量子化特性研究分析 |
| 2.3 SOI-WCM型数字式热光开关概念及原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 SOI-WCM型数字式热光开关的仿真研究 |
| 3.1 数值模拟GH位移 |
| 3.2 对器件光学性能的系统性模拟 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 SOI-WCM型数字式热光开关的设计、制备及测试 |
| 4.1 SOI-WCM型数字式热光开关的设计及制备 |
| 4.2 SOI-WCM型数字式热光开关的实验测试 |
| 4.2.1 芯片样品预处理 |
| 4.2.2 WCM型热光开关实验测试 |
| 4.3 波导损耗来源及改进研究分析 |
| 4.4 与其他类型热光开关对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（6）扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光器高速调制技术 |
| 1.2.1 直接调制 |
| 1.2.2 电吸收调制 |
| 1.2.3 马赫曾德调制 |
| 1.3 激光器和马赫曾德调制器单片集成(ILMZ)研究现状 |
| 1.4 啁啾管理激光器(CML)研究现状 |
| 1.5 本论文的章节安排 |
| 1.6 本论文主要创新点 |
| 2 激光诱导量子阱混杂的V型腔激光器 |
| 2.1 量子阱混合技术概述 |
| 2.1.1 量子阱混合的原理 |
| 2.1.2 量子阱混合实现方法 |
| 2.2 准分子激光诱导的量子阱混杂技术 |
| 2.2.1 实验步骤 |
| 2.2.2 实验结果和讨论 |
| 2.3 基于紫外光诱导量子阱混合技术的Ⅴ型腔半导体激光器 |
| 2.3.1 Ⅴ型腔激光器原理 |
| 2.3.2 基于量子阱混杂的Ⅴ型腔激光器 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 长距离传输的马赫曾德外调制Ⅴ型腔激光器 |
| 3.1 单片集成平台介绍 |
| 3.2 光子芯片外延结构设计 |
| 3.3 光子芯片分立器件设计 |
| 3.3.1 Ⅴ型腔可调谐半导体激光器 |
| 3.3.2 马赫曾德调制器 |
| 3.3.3 MMI&波导 |
| 3.3.4 传输波导 |
| 3.4 基于OQW的V型腔激光器和马赫曾德调制器的光子芯片 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 传输距离扩展的啁啾管理V型腔激光器 |
| 4.1 啁啾及啁啾管理概述 |
| 4.1.1 啁啾 |
| 4.1.2 啁啾管理激光器(CML) |
| 4.2 直接调制Ⅴ型腔激光器的啁啾管理 |
| 4.3 基于啁啾管理的直接调制V型腔激光器在远距离高速传输中的应用 |
| 4.3.1 测试系统介绍 |
| 4.3.2 测试结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结和展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 博士在读期间发表论文情况 |
（7）基于有机聚合物的光开关器件及其集成技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光开关的研究背景及意义 |
| 1.2 光开关的分类和应用 |
| 1.3 热光开关的研究进展 |
| 1.3.1 热光开关在单元器件方面的研究进展 |
| 1.3.2 热光开关在集成器件方面的研究进展 |
| 1.4 电光开关的研究进展 |
| 1.4.1 电光器件的材料体系 |
| 1.4.2 聚合物电光器件的研究进展 |
| 1.5 论文主要工作及创新点 |
| 第2章 聚合物光开关的理论基础 |
| 2.1 平面光波导理论 |
| 2.1.1 三层平板波导 |
| 2.1.2 矩形波导 |
| 2.1.3 脊形波导 |
| 2.2 MZI型光开关的工作原理 |
| 2.2.1 热光效应 |
| 2.2.2 电光效应 |
| 第3章 基于有机/无机混合型波导的低功耗热光开关设计与制备 |
| 3.1 基于有机/无机混合型波导的低功耗热光开关器件的设计 |
| 3.2 基于有机/无机混合型波导低功耗热光开关器件的制备 |
| 3.3 基于有机/无机混合型波导低功耗热光开关器件的测试分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于非线性聚合物包层波导的电光开关的研究 |
| 4.1 波导材料的选取,制备和表征 |
| 4.2 基于非线性聚合物包层波导的电光开关的设计和制备 |
| 4.3 基于非线性聚合物包层波导的电光开关的测试分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于非线性聚合物包层的三维集成光开关 |
| 5.1 基于非线性聚合物包层的三维集成光开关的设计及参数优化 |
| 5.2 基于非线性聚合物包层的三维集成光开关的制备 |
| 5.3 基于非线性聚合物包层的三维集成光开关的测试及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结及展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及科研成果 |
| 致谢 |
（8）面向片上复用的硅基光子器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 集成光电子学概述 |
| 1.2 硅光通信技术研究背景 |
| 1.3 硅基光子复用技术及难点 |
| 1.4 论文主要内容及创新点 |
| 1.4.1 主要内容 |
| 1.4.2 创新点 |
| 2 硅基光波导理论、制备及测试方法 |
| 2.1 光波导理论 |
| 2.2 经典器件结构理论基础 |
| 2.2.1 多模干涉耦合器理论 |
| 2.2.2 同向/反向耦合器理论 |
| 2.3 波导光学仿真计算 |
| 2.3.1 硅基波导模式计算 |
| 2.3.2 硅基波导光场传输计算 |
| 2.4 硅基光子器件的制作 |
| 2.5 硅基光子器件的测试表征 |
| 2.5.1 光栅耦合测试技术简介 |
| 2.5.2 光芯片测试系统 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 硅基粗波分复用器件 |
| 3.1 硅基粗波分复用器简介 |
| 3.1.1 硅基单纤三向复用器 |
| 3.1.2 硅基多通道粗波分复用器 |
| 3.2 基于级联倾斜型多模干涉耦合器的单纤三向复用器 |
| 3.2.1 倾斜MMI型Triplexer的工作原理与仿真设计 |
| 3.2.2 倾斜MMI型Triplexer的工艺制备与测试分析 |
| 3.3 基于光栅辅助型多模干涉耦合器的单纤三向复用器 |
| 3.3.1 布拉格光栅辅助型Triplexer的工作原理与仿真设计 |
| 3.3.2 布拉格光栅辅助型Triplexer的工艺制备与测试分析 |
| 3.4 基于弯曲定向耦合器的单纤三向复用器 |
| 3.4.1 BDC型Triplexer的工作原理与仿真设计 |
| 3.4.2 BDC型Triplexer的工艺制备与测试分析 |
| 3.5 基于亚波长光栅的四通道粗波分复用器 |
| 3.5.1 SWG型CWDM的工作原理与仿真设计 |
| 3.5.2 SWG型CWDM的工艺制备与测试分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 硅基偏振/热不敏感复用器件 |
| 4.1 研究现状简介 |
| 4.1.1 硅基偏振不敏感器件 |
| 4.1.2 硅基热不敏感器件 |
| 4.2 基于BDC结构的偏振不敏感单纤双向复用器 |
| 4.2.1 BDC型Diplexer的结构原理和设计仿真 |
| 4.2.2 BDC型Diplexer的工艺制备和测试分析 |
| 4.3 基于MMI结构的偏振不敏感交叉波导 |
| 4.3.1 MMI型交叉波导的结构原理与设计仿真 |
| 4.3.2 MMI型交叉波导的工艺制备与测试分析 |
| 4.4 基于MZI结构的偏振不敏感光开关 |
| 4.5 基于布拉格光栅结构的热不敏感窄带滤波器 |
| 4.5.1 布拉格光栅型窄带滤波器的结构原理与设计仿真 |
| 4.5.2 布拉格光栅型窄带滤波器的工艺制备与测试分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（9）基于马赫曾德尔结构的硅基光开关的设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光通信技术调研 |
| 1.2 常用光电集成器件材料 |
| 1.3 硅基光开关研究现状与发展趋势 |
| 1.3.1 硅基光开关的总体研究现状 |
| 1.3.2 干涉型硅基光开关 |
| 1.3.3 谐振型硅基光开关 |
| 1.3.4 硅基光开关的发展趋势 |
| 1.4 本论文的创新点及主要内容 |
| 第二章 硅基光电子器件加工工艺与实验测试系统 |
| 2.1 硅基材料特性 |
| 2.2 硅基电光调制理论基础 |
| 2.2.1 电光效应 |
| 2.2.2 热光效应 |
| 2.3 硅基光电子器件加工工艺 |
| 2.4 实验仪器与测试系统搭建 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 硅基电光开关的结构设计与仿真 |
| 3.1 光学结构的选取 |
| 3.1.1 MZI结构 |
| 3.1.2 谐振腔结构 |
| 3.2 电学结构的实现 |
| 3.3 脊状波导结构参数设计与FDTD仿真 |
| 3.3.1 脊状波导结构参数 |
| 3.3.2 参数设计与FDTD仿真 |
| 3.4 掺杂情况与PN区非对称结构的提出 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 硅基电光开关性能测试与分析 |
| 4.1 硅基电光开关的版图设计 |
| 4.2 实验电路设计 |
| 4.3 电光开关性能指标 |
| 4.4 无源测试 |
| 4.5 有源测试 |
| 4.5.1 直流测试 |
| 4.5.2 动态测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 论文展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间发表文章 |
| 致谢 |
（10）加工工艺误差对硅基热光开关性能的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基光子学及应用 |
| 1.3 硅基热光开关研究进展 |
| 1.4 论文的创新点和主要内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 加工工艺及其误差对器件性能的影响 |
| 2.1 硅基光电子加工工艺 |
| 2.1.1 晶圆制备 |
| 2.1.2 光刻(Lithography) |
| 2.1.3 硅刻蚀(silicon etching) |
| 2.1.4 氧化 |
| 2.1.5 掺杂 |
| 2.1.6 金属化 |
| 2.1.7 混合集成 |
| 2.1.8 封装(packaging) |
| 2.2 加工误差对器件性能的影响 |
| 2.2.1 光栅 |
| 2.2.2 定向耦合器(directional coupler,DC) |
| 2.3 章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硅基热光开关原理与结构设计 |
| 3.1 热光开关原理 |
| 3.2 光纤耦合器的选择 |
| 3.2.1 光栅耦合器 |
| 3.2.2 端面耦合器 |
| 3.3 分束器的设计与优化 |
| 3.3.1 定向耦合器 |
| 3.3.2 多模干涉耦合器(MMI) |
| 3.3.3 Y分叉 |
| 3.4 相移器的设计与优化 |
| 3.4.1 光学设计 |
| 3.4.2 热学设计 |
| 3.5 其他无源单元的设计与优化 |
| 3.6 章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 热光开关测试 |
| 4.1 热光开关性能指标 |
| 4.2 测试系统的搭建 |
| 4.3 热光开关的测试 |
| 4.4 测试结果总结与分析 |
| 4.5 章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 低插损、低串扰的波导交叉结构 |
| 5.1 研究进展 |
| 5.2 单波导交叉的设计与测试 |
| 5.3 双波导交叉的设计与测试 |
| 5.4 章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文展望 |
| 硕士期间学术成果 |
| 致谢 |
四、1X2 and 2X2 SOI Switch Applying in Optical Communication Network（论文参考文献）
- [1]硅基光开关与光调制器件研究[D]. 宋立甲. 浙江大学, 2021(01)
- [2]光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究[D]. 武刚. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]光载射频信号处理若干技术及应用研究[D]. 陈光. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]SOI热光开关阵列驱动及控制电路设计[D]. 程嘉琪. 东南大学, 2020(01)
- [5]绝缘体上硅波导反射模式古斯-汉欣效应的热光开关[D]. 李天成. 长春理工大学, 2020(01)
- [6]扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究[D]. 庄圆. 浙江大学, 2020(02)
- [7]基于有机聚合物的光开关器件及其集成技术研究[D]. 姜明慧. 吉林大学, 2020(08)
- [8]面向片上复用的硅基光子器件研究[D]. 陈敬业. 浙江大学, 2020(02)
- [9]基于马赫曾德尔结构的硅基光开关的设计研究[D]. 陆烨凯. 南京大学, 2018(09)
- [10]加工工艺误差对硅基热光开关性能的影响[D]. 朱瑞. 南京大学, 2018(10)