学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于光微环谐振器的硅基电光调制器的设计及实现

作　者: 胡挺
导　师: 余明斌；余宁梅
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电光调制器 CMOS工艺 光互连 光波导 光微环谐振器 pin二极管
分类号: TN761
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 213次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


电光调制器是光纤通信网络中的核心元件,目前通信网络中广泛应用的调制器是用LiNbO3或III-V族化合物制作的,由于与传统的COMS工艺不兼容,器件制作成本很高。硅材料广泛而廉价,硅基工艺技术成熟,若能设计制作出硅基的电光调制器,就能大大降低成本。另一方面,集成电路中传统的电互连正面临传输的瓶颈,以光互连代替电互连将是今后的一大发展趋势。硅基电光调制器的研制可以推动硅基光互联技术的发展,而且方便与微电子集成电路混合集成。因此,从片上集成和互联的角度出发,研究硅基光波导电光调制器也十分有意义。本文阐述了基于光微环谐振器的硅基电光调制器的原理。利用传输矩阵法,研究了光微环谐振器的基本原理和性质,深入分析了影响微环谐振器性能的各个因素,详细阐述了光耦合系数与环内衰减因子对微环谐振器滤波特性的影响。为了避免模间色散对器件性能的影响,采用波导设计软件Rsoft的BPM模块进行模拟计算,设计了满足单偏单模的脊型截面纳米线波导结构。利用软件Rsoft的FDTD模块对波导的传输损耗、弯曲损耗以及与光纤的耦合损耗进行了模拟计算,设计了减小损耗的结构尺寸。芯片测试结果显示,实现了3dB带宽约为0.158nm,消光比约为9.753dB, FSR约为10nm,端面耦合损耗约为5.5dB/facet,并且只支持TE偏振态的基模传输的硅基光微环谐振器,为制作硅基电光调制器做了充分准备。本文根据等离子色散效应,对调制器的电学结构-pin二极管做了详细的分析和数值模拟仿真,设计了满足电光调制要求的pin结构。仿真软件采用的是synopsys公司的ISE-TCAD。最后,利用性能优越的pin二极管,结合高性能的光微环谐振器,最终设计并实现了基于光微环谐振器的硅基电光调制器,测试结果显示,调制速率可达20kHz、调制深度11.723dB。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 硅基电光调制器的研究现状  8-9
  1.3 本文的目的和各部分的主要内容  9-11
2 光波导模式特性分析及脊型波导单模单偏条件  11-20
  2.1 麦克斯韦方程物质方程边界条件  11-12
  2.2 三层均匀平板波导  12-15
    2.2.1 标量亥姆霍兹方程  12-13
    2.2.2 三层平板波导的模式方程和模场解  13-15
  2.3 脊型波导 有效折射率法  15-17
  2.4 硅基脊型波导的单模特性  17-20
3 光微环谐振器滤波特性分析及性能优化  20-37
  3.1 光微环谐振器的基本原理  20-21
  3.2 基于光微环谐振器的硅基电光调制器的基本原理  21-22
  3.3 光微环谐振器滤波特性分析  22-30
    3.3.1 传输矩阵法  22
    3.3.2 单环滤波特性  22-24
    3.3.3 耦合系数和损耗对微环滤波性能的影响  24-28
    3.3.4 耦合系数的定义及计算  28-30
  3.4 微环谐振器性能优化  30-37
    3.4.1 直波导传输损耗  30-33
    3.4.2 弯曲波导的辐射损耗  33-34
    3.4.3 波导与光纤的耦合损耗  34-37
4 硅基电光调制器电学结构特性的研究  37-50
  4.1 硅的等离子色散效应  37-38
  4.2 pin电学调制结构设计  38-47
    4.2.1 几种电学调制结构的介绍  38-40
    4.2.2 pin电学调制结构的分析、模拟和设计  40-47
  4.3 pin电光调制中热光效应的影响  47-50
5 硅基微环谐振器与电光调制器的制作和测试  50-62
  5.1 制作工艺介绍  50
  5.2 硅基微环谐振器的制作与测试  50-55
    5.2.1 硅基微环谐振器的制作  50-51
    5.2.2 硅基微环谐振器的测试  51-55
  5.3 硅基电光调制器的制作与测试  55-62
    5.3.1 硅基电光调制器的制作  55-57
    5.3.2 硅基电光调制器的测试  57-62
6 结论与展望  62-63
  6.1 结论  62
  6.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67

相似论文

  1. 基于光波导互连的EOPCB的研究,TN41
  2. 一种低电压无刷直流振动电机驱动芯片设计,TM33
  3. 电调谐雷达吸波材料研究,TB34
  4. 大功率高隔离PIN二极管收发开关电路设计与软件仿真研究,TP391.9
  5. 光学向量矩阵乘法器原理及其实现方法研究,TP332.22
  6. 新型耦合方式实现高灵敏度光波导型多孔硅生物化学传感器,TP212.3
  7. 适用于射频识别标签的低功耗存储器电路研究,TP333
  8. 4H-SiC PiN二极管少子寿命的研究,TN31
  9. 电磁能量选择表面的结构设计及其在强电磁脉冲防护中的应用分析,O441.4
  10. 全光正交频分复用系统中关键器件及峰均比抑制技术的研究,TN919.3
  11. 有机聚合物电光调制器优化设计,TN761
  12. 光学芯片CAD交互式软件的设计与实现,TN491
  13. 声光波导调制器中光波导的研究,TN252
  14. SOI脊形光波导损耗研究,TN252
  15. 聚合物光波导超精密模制技术研究,TN252
  16. 光学零件微结构注塑成型工艺研究,TQ320.662
  17. 基于光学共振的微结构系统的光学特性研究,TN929.1
  18. MPS二极管“软恢复”的原理探讨、仿真设计与研制实践,TN31
  19. 单折射棱镜全息制作光子晶体及聚合物电光调制器的研究,TN761
  20. 基于BOTDA的温度/应变传感的理论和实验研究,TN253
  21. 1GHz/800mW电光调制器直流偏置自动控制技术研究,TN761

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 调制技术与调制器、解调技术与解调器 > 调制技术与调制器
© 2012 www.xueweilunwen.com