文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 电光调制器分类及特点

1.3 硅-有机复合集成电光调制器研究现状

    1.3.1 基于光子晶体狭缝波导结构

    1.3.2 基于超薄波导结构

    1.3.3 基于Slot波导结构

1.4 本论文主要研究内容

2 电光调制器理论基础

2.1 电光效应

2.2 热光效应

2.3 等离子色散效应

2.4 马赫-曾德尔调制器基本原理

2.5 调制器性能指标

    2.5.1 光学性能指标

    2.5.2 电学性能指标

2.6 本章小结

3 硅-有机复合集成电光调制器优化设计

3.1 调制器基本结构

3.2 调制器波导结构设计

    3.2.1 Slot波导设计

    3.2.2 Strip-to-Slot模式转换器设计

3.3 调制器电极优化设计

    3.3.1 电极设计原则

    3.3.2 电极设计与仿真

    3.3.3 调制器半波电压-长度积分析

3.4 本章小结

4 调制器芯片MASK设计和制备

4.1 MASK设计

    4.1.1 测试结构

    4.1.2 Strip-to-Slot模式转换器结构

    4.1.3 调制器结构

    4.1.4 便于极化的大PAD调制器结构

4.2 调制器芯片制备

4.3 本章小结

5 调制器芯片测试与分析

5.1 芯片通光测试

    5.1.1 波导结构的通光测试

    5.1.2 调制器通光测试

5.2 电光调制效应测试系统搭建

5.3 本章小结

6 调制器线性度的优化设计

6.1 基于DP-MZM的线性度优化基本原理

6.2 调制器线性度影响因素分析

6.3 本章小结

结论

参考文献

附录A 基于DP-MZM的线性度优化工作原理

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

文章摘要:微波光子技术在新一代雷达系统、宽带无线接入网以及超宽带微波光子信号处理等领域具有广阔的应用前景。电光调制器是高速光纤通信系统、超宽带微波光子系统的核心器件之一,其主要功能是将数字电信号或高载频模拟电信号调制到光波上,从而进行光域传输或处理。硅-有机复合光子集成技术融合了与CMOS兼容的硅光加工工艺和聚合物材料的高电光系数特性,在高性能集成微波光子系统中极具应用潜力。本论文对硅-有机复合集成电光调制器的优化设计、制备加工与实验测试开展了深入的研究。首先优化设计调制器的波导和电极结构。仿真分析Slot波导结构得到光场限制因子为13.7%,使得光场与射频电场高度重合,提高了电光调制效率。优化Taper型和MMI型模式转换器结构实现Strip-to-Slot的低损耗耦合,耦合效率分别为99.6%和94.1%。重点分析了电极厚度、间距、长度、宽度等参数对调制器频率响应的影响,优化设计得到3d B带宽为77GHz,半波电压-长度积为0.089V·cm,可以同时满足大调制带宽、低功耗和高集成度的要求。然后根据优化结果并考虑实际测试情况设计用于制备调制器的MASK。研究并给出硅-有机复合集成电光调制器芯片制备工艺流程,采用电子束刻蚀工艺制备百纳米狭缝宽度的Slot波导,得到形貌完整的Slot波导结构。最终完成了整个流片工艺流程,获得调制器芯片。接下来对调制器芯片进行通光和电光调制效应测试。实验测量得到光纤-光栅输入/输出垂直耦合损耗约9.36d B,Taper型模式转换器片上损耗低至0.64d B。选取通光较好的调制器进行电光聚合物的填充与极化。搭建片上极化电光调制效应的测试系统,采用商用调制器验证了测试方案的可行性。最后研究基于双平行马赫-曾德尔调制器的微波光子链路无杂散动态范围性能提升方案。分析了产生非线性交调失真的基本理论,研究得到调制器的三个偏置电压之间的优化关系,通过合理调节三个偏置电压值,可以有效抑制三阶交调分量,获得了大的无杂散动态范围。仿真分析了偏置电压偏差、输入光功率和调制器插入损耗对无杂散动态范围的影响,电压偏差在±0.72V范围之内无杂散动态范围可以达到110d B·Hz^2/3以上。研究结果为片上高线性微波光调制功能的实现、芯片制备及测试提供了优化方案。

文章关键词:

论文DOI:10.26991/d.cnki.gdllu.2021.003044

论文分类号:TN761

文章来源：《电光与控制》 网址: http://www.dgykzzz.cn/qikandaodu/2022/0131/551.html