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1 篇 工学
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主题

1 篇 激光雷达
1 篇 硅基异质集成
1 篇 双层氮化硅波导
1 篇 平衡探测器
1 篇 调频连续波
1 篇 外腔激光器

机构

1 篇 东南大学

作者

1 篇 李昱宏

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=双层氮化硅波导"

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详细简洁

排序：

硅基异质集成激光器片上微系统研究

硅基异质集成激光器片上微系统研究

引用

作者：李昱宏东南大学

学位级别：硕士

硅基光子集成电路(Photonic Integrated Circuit,PIC)与互补氧化物金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺兼容,硅光芯片具备小型化、高可靠性、低功耗和低成本等优点。然而,硅的间接带隙结构使其无法制备高性... 详细信息

硅基光子集成电路(Photonic Integrated Circuit,PIC)与互补氧化物金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺兼容,硅光芯片具备小型化、高可靠性、低功耗和低成本等优点。然而,硅的间接带隙结构使其无法制备高性能光源。因此,硅基异质集成激光器成为当今硅光技术研究中的一项重要内容,其潜在应用包括光通信、生物传感、激光雷达等。本文提出了III-V激光器、平衡探测器和硅光芯片的异质集成技术方案,设计了包括多模干涉(Multimode Interference,MMI)耦合器、双微环可调谐外腔激光器(Double Micro Ring Resonator-Tunable External Cavity Laser,DMRR-TECL)、平衡探测器(Balanced Photodetector,BPD)等硅基光子集成器件,构建了芯片级调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave,FMCW)激光雷达(Light Detection and Ranging,LIDAR)。最后,我们对集成光子器件设计和集成方案的可行性进行了测试验证。论文的具体研究内容包括: (1)综述硅基光电异质集成的方法和FMCW LIDAR集成的研究现状,针对现有FMCW LIDAR集成方案的缺点和不足,优化设计了整体集成方案,其中包括可调谐激光器、MMI耦合器和硅基平衡探测器等器件的设计与集成。将氮化硅光子集成器件低损耗、低双光子吸收,InP平衡探测器低噪声、高共模抑制比,Ge探测器与CMOS工艺兼容,外腔激光器的可调范围大、线宽窄等优点结合在一起实现芯片级高性能集成FMCW LIDAR。 (2)研究了非对称双条形氮化硅波导的结构和模式特性,包括单模传输条件和弯曲半径等。基于非对称双条形氮化硅波导的传播特性、自镜像效应和微环滤波的原理,优化设计了1×2 MMI耦合器、2×2 MMI耦合器和双微环谐振腔,并对设计的器件进行了流片和测试,器件的性能符合设计要求,具有低损耗、高集成度的特点。 (3)采用倒装键合的方案实现了带反射面的半导体光放大器(Reflective Semiconductor Optical Amplifier,RSOA)的固定与高效电连接。最后,通过端面耦合实现了RSOA与氮化硅外腔集成,构成了可调谐外腔激光器。 (4)采用InP和GeSi光电探测器芯片实现BPD集成,实验对比了侧面贴装工艺和Ge外延加工工艺在平衡探测器集成中的优缺点,并通过两种工艺实现了高性能的集成平衡探测器。 (5)对各个集成光子器件进行了高低温环境测试,验证了集成方案的可靠性。 (6)采用集成光子器件搭建了芯片级FMCW LIDAR链路,针对不同调频带宽、调制周期和延迟线长度完成了测距性能验证,对测距精度下降的原因和改进措施进行了讨论。实现了芯片级FMCW LIDAR的集成。

关键词：硅基异质集成双层氮化硅波导平衡探测器外腔激光器调频连续波激光雷达

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