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基于磷化铟集成波导光栅的波分复用和路由器件研究

【摘要】:近几十年来,网络通信容量的激增驱使磷化铟基的光电子器件得到了飞速的发展。随着对低成本和低功耗等方面要求的持续提高、光电子芯片制作工艺的逐渐成熟,将多个光子器件集成于一体的集成光电子芯片将逐渐取代分立光器件,这是光电子行业发展的必然趋势。在此背景下,本文将深入研究了磷化铟平台上的集成波导光栅器件。本文首先研究了磷化铟上基于蚀刻衍射光栅的波分复用器件,设计并制作了8×500GHz合波器,并通过实验验证了该器件具有损耗小、通道间串扰低等优点。该器件的另一优点是尺寸很小,具有与激光器、调制器等有源器件集成的潜力,可广泛应用于无源光网络、数据中心和移动网络基站。本文研究的另一个重点是用于全光路由芯片的波长路由器,提出了基于蚀刻衍射光栅的波长路由器件,并对其进行了结构设计和实验研究。对蚀刻衍射光栅波长路由器各通道间损耗差异较大的问题进行了理论分析,指出各通道间损耗的差异是由相对较大的光栅齿面导致的。为解决这个问题,分别提出了旋转齿面法和弧形齿面法两种方案,不仅使得器件的通道损耗均匀性得到了明显提升,还将器件频谱通带响应改善为顶端平坦,增大了通带带宽,两种方法均在4×4和16×16的蚀刻衍射光栅波长路由器中得到了实验验证。此外,对应用于单片集成全光路由器的蚀刻衍射光栅波长路由器做了结构和掩膜设计,通过全光路由芯片的测试结果,验证了波长路由器在全光路由芯片中的作用。为充分研究波长路由器,本文还对波长路由器的另一实现方案——阵列波导光栅波长路由器进行了研究,并给出了4×4和16×16阵列波导光栅波长路由器的实验结果,进而通过改变输出阵列波导朝向的方法对该器件进行了损耗均匀的设计。基于充分的理论和实验结果,我们对基于蚀刻衍射光栅和阵列波导光栅的波长路由器各方面进行了比较,说明了二者适用的范围。

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