文档介绍：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
硕士学位论文
基于SOI材料的集成可调谐光衰减器的研究
姓名:韩晓峰
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:吴亚明
20040601
基于牧系募煽傻餍彻馑ゼ跗鞯难芯摘要可调谐光衰减器是光网络中最基本的光器件之一,本文提出了一种新型基于材料的电注入的集成可调谐光衰减器,介绍了可调谐光衰减器的设计原理和器件结构,提出了器件的近似分析模型,分析和优化了影响器件衰减特性的结构和工艺参数,分析了器件的注入载流子分布、插入损耗和响应时间,介绍了器件的制作工艺,最后给出器件的测试结果。具体内容包括:介绍了硅材料的性质,分析了基于牧鲜迪挚傻餍彻馑ゼ跗鞯募际方案的选择。直波导结构的可调谐光衰减器具有结构简单、插入损耗小、工艺容差大、有利于降低成本和提高成品率等优势,因此我们在设计中采用了直波导结构。详细介绍了嵩亓髯幼⑷肜砺郏芙岷头治隽斯惴河τ玫募剐筒ǖ己嵯騊结构的性质,在此基础上提出了新型的双脊波导横向峁埂Kḿ共ǖ己嵯騊结构可以进一步增大载流子的注入面积,提高载流子的利用率。为了减小单模脊型波导和双脊波导的模式耦合损耗,根据模斑转换器的思想,在器件中设计了渐变双脊波导区。整个器件包含输入/输出波导、渐变双脊波导区和调制区三个部分。通过近似处理,提出了双脊波导横向峁沟姆治瞿P停⒏莘治瞿P陀呕了影响可调谐光衰减器衰减特性的掺杂深度、掺杂浓度、本征区半长等参数,给出了优化后的参数值。分析了器件的注入载流子分布、插入损耗和响应时间。给出了器件制作的完整的工艺流程,重点介绍了光刻、热扩散、刻蚀光波导、端面抛光等器件制作的关键工艺,并根据可调谐光衰减器制作的特殊要求确定了相应的工艺参数,最后给出器件的制作结果。介绍了器件的电学特性、衰减特性、插入损耗、响应时间、偏振相关损耗等主要测试参数,给出了相应的测试结果,并对测试结果进行了分析。该可调谐光衰减器衰减量可达,对应最大功耗约为骷男酒喜迦胨鸷脑嘉,响应时间小于裣喙厮鸷男∮ü慕杓坪凸ひ战徊浇档推骷的电功耗和插入损耗。关键词:可调谐光衰减器崴ḿ共ǖ
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第一章绪论§.诠獠ǚ指从系统中的应用年,半导体激光器室温连续振荡的成功和低损耗光纤的实现拉开了光电子时代的序幕。目前,主干信息通信网几乎全部都实现了光通信,光网络作为信息化基础设施的基石,己成为了信息化社会的神经中枢,以发展光信息网络为目标的光电子产业的作用也变得越来越重要。在光纤通信的各种传输技术中,波分复用密集波分复用技术是目前被广泛应用的主要传输技术。随着低的规模越来越大,结构越来越复杂,在系统中各个通道问进行功率均衡变得越来越重要,从而带动了对可调谐光衰减器木薮笮枨蟆1菊陆樯躒在统中实现通道间功率均衡的重要作用和目前报道的主要迪旨际酰詈蠼樯躍牧系男灾室约盎赟材料实现募际跹≡⒋浯硇枨蟮目焖僭龀ざ缘缧殴歉赏的传输容量提出了越来越高的需求,为满足需求的增长,人们可以铺设更多的光纤,或靠提高单波长光信号的信息运载量,但更主要的方法却是靠发展波分复用技术,增加光纤的信道数。光波分复用低呈墙ü庀说目捎貌ǘ畏殖扇舾筛鲂⌒诺溃每个信道对应一个波长,使单波长的传输变成多波长同时传输,从而大大增加光纤的传输容量。图所示是低车慕峁辜蛲迹诜⑺投耍貌ǚ指从闷将不同波长的光载波合并起来并送入同一根光纤中;在接收端,再利用光波分解复用器将这些不同波长的光载波分开。低车慕峁辜蛲波分复用技术具有如下主要特点:可以充分利用光纤的巨大带宽资源,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍、几十倍、甚至上百倍。际蹩梢猿浞掷úǖツ光纤的巨大带宽蠢┐蟠淙萘俊图基十牧系募蒼凳ü馑ゼ跗鞯膇
使霾ǔじ从闷鹄丛诘ツ9庀酥写洌诖笕萘砍ね敬涫笨梢越谠即罅康墓纤。另外,对于早期安装的芯数不多的光缆,利用波分复用技术可以不必对原有系统做较大的改动,进行扩容比较方便。由于同一光纤传输的信号波长彼此独立,因而可以传输性质完全不同的信号,完成各种电信业务信号的综合和分离。波分复用通道对数据格式是透明的,在网络扩容和发展中是理想的扩容手段,也是引进宽带新业务的方便手段。通过增加一个附加波长即可引进任意想要的新业务或新容量。利用际跹÷防词迪滞缃换缓突指矗梢蕴岣咄绲牧榛钚裕佣迪透明的、具有高度生存性的网络。正是由于低车纳鲜鎏氐悖沟闷湓诠獯渫缰谢竦霉惴旱挠τ茫壳埃光纤通信网正向着基于际醯陌ü歉赏怯蛲凸饨尤胪娜ü馔ㄐ磐较蚍⒄梗绻婺T嚼丛酱螅峁乖嚼丛礁丛樱酝绲墓芾硪蔡岢隽越来越高的要求。其中,对通道问光信号功率的控制和均衡是网络管理的一个很重要的方面。.低持械耐ǖ兰涔β什痪馕侍在低持校A耸迪指咧柿康男畔⒋洌枰6怨庑藕诺墓β式锌刂疲对低车亩嗖ǔば藕