检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2022年第4期71卷 118-128页

作者：王晓凯李建设李曙光郭英孟潇剑汪国瑞王璐瑶李增辉赵原源丁钰鑫燕山大学理学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室室、河北省微结构材料物理重点实验室秦皇岛066004 东北大学信息科学与工程学院流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110004

本文提出了一种基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器.该器件主要是由位于光纤中心的可提供基模和高阶模传输的中心纤芯和分别位于中心纤芯两侧的可提供基模传输的2个旁芯构成.根据光耦合理论,在输入端对3个纤芯分别输入LP_(01)... 详细信息

本文提出了一种基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器.该器件主要是由位于光纤中心的可提供基模和高阶模传输的中心纤芯和分别位于中心纤芯两侧的可提供基模传输的2个旁芯构成.根据光耦合理论,在输入端对3个纤芯分别输入LP_(01)模式的光,在传输过程中左旁芯的LP_(01)模式的光将逐步向中心纤芯耦合并转换为LP_(21)模式传输,而右旁芯中的LP_(01)模式的光则逐步耦合并转换为中心纤芯中的LP_(31)模式来传输.通过对光纤结构的优化设计和光纤长度的选择,使得在输出端同时完成旁芯LP_(01)模向中心纤芯LP_(21)和LP_(31)模的最佳转换,从而实现LP_(01)、LP_(21)和LP_(31)3种模式的光在中心纤芯中的复用.反之,若将该器件的输出端用作输入端则可以实现中心纤芯中3种模式的光向3个纤芯的解复用.本文利用有限元法和光束传播法进行了优化设计和仿真,并将光耦合理论与超模理论相结合进行了分析计算,结果表明在1.49—1.63μm的波段下,该器件插入损耗最高为0.72 dB,在中心波长1.55μm处器件插入损耗为最低值0.543 dB,远低于大家普遍采用的1 dB插入损耗的评价标准.较低的插入损耗也为级联型多芯光子晶体光纤模分复用器设计提供了可能.与现有的模分复用方案相比,该器件的集成性更高,受外界影响更小,与多芯空分复用光纤搭配使用,可以更好地提高模式转换效率和模式纯度,降低耦合复杂度,拓展通信容量.

关键词：模分复用器光子晶体光纤插入损耗超模

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基于亚波长光栅的模分复用器研究

基于亚波长光栅的模分复用器研究

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作者：赵玉浩东南大学

学位级别：硕士

近些年移动互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术的涌现,人们对光通信容量的要求随之不断提高。在传统复用技术的基础上,模分复用技术可以进一步实现光通信容量的成倍增加,因此具有非常好的应用价值和研究意义。其中,模分... 详细信息

近些年移动互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术的涌现,人们对光通信容量的要求随之不断提高。在传统复用技术的基础上,模分复用技术可以进一步实现光通信容量的成倍增加,因此具有非常好的应用价值和研究意义。其中,模分复用器与模式转换器作为模分复用技术中重要的单元器件,近年来受到研究人员的广泛关注。此外,相比于传统光波导,亚波长光栅波导具有更平坦的色散谱,使其在增大器件的带宽方面有着广泛应用。本文以小型化、高性能为目标,设计了基于亚波长光栅的模分复用器和模式转换器。具体工作如下: （1）首先,本文介绍了模分复用器和模式转换器的国内外研究进展、光波导理论以及电磁场仿真方法。详细介绍了有限时域差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）的原理以及利用FDTD计算亚波长光栅波导模式有效折射率的方法。（2）提出了基于亚波长光栅三波导定向耦合器的TM模分复用器,实现了TM0和TM1的模式复用。在该设计方案中,利用亚波长光栅结构使得器件的带宽得到提升,引入中央波导缩短了器件耦合区的长度,在输入波导的后端引入模式阻挡器降低了器件的串扰。利用FDTD对该器件进行了仿真优化,结果表明器件的耦合区长度为14μm,在工作波长1550nm处,该器件的插损为0.7 d B,串扰为-35.9 d B,在插损小于3 d B并且串扰小于-15 d B的条件下,该器件的工作带宽为270 nm（1400 nm～1670 nm）。（3）提出了基于亚波长光栅刻蚀槽的模式转换器。首先设计了TE0-TE2的模式转换器,在该设计方案中,利用亚波长光栅结构使得器件的带宽得到提升,通过引入V型刻蚀槽缩短了器件模式转换区的长度;随后在TE0-TE2模式转换器的基础上设计了TE0-TE1模式转换器;最后通过并联TE0-TE2与TE0-TE1模式转换器实现了TE0-TE3的模式转换功能。结合粒子群优化算法与FDTD对器件的结构参数进行了仿真优化,结果表明器件模式转换区的长度为6.8μm,在工作波长1550 nm处,器件的插损均小于0.96d B,串扰均小于-20 d B,在插损小于1 d B并且串扰小于-15 d B的条件下,工作带宽均大于160 nm。本文所提出的模分复用器与模式转换器具有低插损、低串扰、大带宽、小尺寸的优点,在模分复用系统中具有广泛的应用前景。

关键词：硅基光子学模分复用亚波长光栅模分复用器模式转换器

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基于环芯光纤的模分复用器和解复用器研究

基于环芯光纤的模分复用器和解复用器研究

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作者：刘阳聊城大学

学位级别：硕士

随着光通信行业的发展,人们对带宽的需求越来越高。单模光纤的通信容量已接近香农极限,难以满足日益增长的通信需求。为了克服光传输的能力限制,许多研究人员致力于空分复用的研究,这为光传输开辟了一个新的维度。模分复用作为空分复用... 详细信息

随着光通信行业的发展,人们对带宽的需求越来越高。单模光纤的通信容量已接近香农极限,难以满足日益增长的通信需求。为了克服光传输的能力限制,许多研究人员致力于空分复用的研究,这为光传输开辟了一个新的维度。模分复用作为空分复用的一种技术,通常采用由少模光纤支持的正交空间模式并行传输数据;该技术能够成倍提升单根光纤的容量,拥有广阔的前景。模分复用器和解复用器是模分复用系统的关键器件之一,本文提出了两种新型模分复用器和解复用器。提出了一种基于环形芯传输信道的新型复用器和解复用器,模式传输主信道、模式耦合信道均采用相同的折射率阶跃型环形芯光纤,采用环形芯信道结构和模式间大有效折射率差(>1×103-)有效降低模式串扰,提高模式消光比;采用纯二氧化硅纤芯有效降低传输衰减和熔接衰减;可实现LP01、LP11a和LP11b三种模式在环形芯类型少模光纤中的复用器和解复用。采用光束传播法研究了模分复用器的性能指标;研究了各模式耦合长度随信道间距的变化规律、复用器和解复用器的模式耦合效率和消光比随不同入射波长的变化关系;该模分复用器在1400nm-1700nm波段的耦合效率优于-7.83dB,在C波段的各模式的耦合效率均优于-1.39dB;在1400nm-1700nm波段,三模式的消光比均优于28.13dB;在C波段,LP01模式消光比均大于48.13dB,比LP11模式消光比平均值大11.76dB;三模式的消光比均优于35.42dB。在1.54μm处,少模环芯传输信道的本征损耗均为0.154dB/km。提出了一种基于模式转换的新型复用器和解复用器,采用折射率阶跃型环形芯光纤作为模式传输主信道,采用单模光纤作为模式转换耦合信道;采用环形芯信道结构和模式间大有效折射率差(>1.9×103-)有效降低模式串扰,提高模式消光比;采用纯二氧化硅纤芯有效降低传输衰减和熔接衰减;可实现LP01、LP11a和LP11b三种模式在环形芯类型少模光纤中的复用器和解复用。采用光束传播法研究了模分复用器的性能指标;研究了各模式耦合长度随信道间距的变化规律、复用器和解复用器的模式耦合效率和消光比随不同入射波长的变化关系;该模分复用器在C波段的各模式的耦合效率均优于-0.268dB;三模式的消光比均优于22.23dB。

关键词：模分复用器低串扰低损耗少模环芯传输信道光束传播法

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新型定向耦合的模分复用器研究

新型定向耦合的模分复用器研究

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作者：刘倩倩聊城大学

学位级别：硕士

人类对各种通信业务的需求伴随着社会的发展急速增加,单模光纤通信系统面临着非线性容限的严峻挑战。基于少模光纤的模式复用技术可使得传输系统容量按照模式数目实现多倍增加,已经成为光纤传输领域的前沿研究热点。模分复用器作为少模... 详细信息

人类对各种通信业务的需求伴随着社会的发展急速增加,单模光纤通信系统面临着非线性容限的严峻挑战。基于少模光纤的模式复用技术可使得传输系统容量按照模式数目实现多倍增加,已经成为光纤传输领域的前沿研究热点。模分复用器作为少模光纤模分复用传输系统核心器件,受到了越来越多的关注与研究。针对各类复用器存在的插入损耗高、串扰大、非线性高、工作波段窄、差分模式群时延大、与光纤互联困难、结构复杂和难集成等问题,本文提出了两种新型的模分复用器,主要创新性工作如下:1.提出了大有效面积的折射率渐变分布模分复用器,采用光束传播法和全矢量有限元法研究了模分复用器的性能指标。研究表明,该复用器实现了渐变型折射率分布、大有效模场面积、低非线性系数、高耦合效率、宽工作波段6模式复用解复用操作;在1450 nm-1650 nm工作波段,该复用器耦合效率优于-0.449 dB,并呈现出平坦特性。该复用器方案是实现低非线性系数、高耦合效率、宽工作波段的有效方法。2.提出了低损耗、低串扰渐变折射率分布模分复用器。传输信道采用大有效面积的纯二氧化硅纤芯实现低衰减,有效减小与纯二氧化硅纤芯少模传输光纤熔接损耗;采用渐变型折射率分布实现低差分模式群时延;并通过设计纤芯与包层的有效折射率差大于0.5ⅹ10保证模式间的低串扰。采用光束传播法和全矢量有限元方法研究了传输信道的性能、确定了模分复用器的结构。研究表明,在1400 nm-1700 nm波段,复用器耦合效率优于-0.479 dB,消光比高于31.2 dB;在C波段,复用器所有模式信道平均耦合效率优于-0.140 dB,并呈现出平坦特性。该方案是实现低串扰、低损耗和低熔接损耗、高耦合效率、高消光比和宽工作波段复用器的有效方法。

关键词：模分复用器有效模场面积渐变型折射率分布耦合效率少模光纤

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一种新型模分（解）复用器与光传输研究

一种新型模分（解）复用器与光传输研究

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作者：董秋焕聊城大学

学位级别：硕士

随着光纤通信网络规模、容量和业务量的不断扩大,单模光纤的光传输容量已经达到100 Tb/s并趋近香农极限,这将对光通信网络提出前所未有的重大挑战。因此,寻求一种新的高速、大容量的光纤传输技术迫在眉睫,这也将是未来光通信网络发展的... 详细信息

随着光纤通信网络规模、容量和业务量的不断扩大,单模光纤的光传输容量已经达到100 Tb/s并趋近香农极限,这将对光通信网络提出前所未有的重大挑战。因此,寻求一种新的高速、大容量的光纤传输技术迫在眉睫,这也将是未来光通信网络发展的关键。在此背景下,为解决目前光通信网络中的传输瓶颈,模分复用技术再次成为人们所关注的焦点。在短距离模分复用系统中,模式信道串扰会导致在接收端的多输入多输出数字信号处理方法的复杂度、功耗和成本随模式数目增加而剧增。因此,本文提出了一种无需多输入多输出数字信号处理的新型模分（解）复用器;并且,针对模分复用传输,利用少模光纤的特性搭建了一种模分复用实验传输系统,即基于少模光纤的准单模实验传输系统。本文的主要创新性工作如下:针对无需使用多输入多输出技术（Multiple-Input-Multiple-Output-Free,MIMO-FREE）的场景,本文提出了一种基于椭圆纤芯传输信道的低损耗、低串扰的新型模分复用器/解复用器（Multiplexer/De-Multiplexer）,称为MIMO-FREE-（DE）MUX。该模分（解）复用器由相同的折射率阶跃型椭圆纤芯构成。该模分（解）复用器采用模式间大有效折射率差(LP01与LP11a之间的有效折射率差大于3.92×10-3)的椭圆纤芯作为模式传输主信道和模式耦合信道,可以有效降低模式串扰,提高MIMO-FREE-（DE）MUX的模式消光比。同时,打破了LP11a和LP11b的模式简并,实现了保模功能。为了有效降低光通信系统中的传输损耗和熔接损耗,椭圆纤芯采用纯二氧化硅材料,在C波段上,本文所提出的椭圆纤芯传输信道的本征损耗均小于0.162d B/km,可在MIMO-FREE应用场景中实现LP01、LP11a和LP11b模式的（解）复用。在本文中,采用光束传播法和有限元法研究了MIMO-FREE-（DE）MUX的性能指标。研究了模分（解）复用器中传输信道的折射率分布特性、本征损耗随不同入射波长的变化关系、耦合效率随传输距离变化的传输特性以及模分复用器的模式耦合效率和模式消光比随不同入射波长的变化关系。在1520 nm-1600 nm波段,MIMO-FREE-（DE）MUX中三种模式的耦合效率优于-2.26 d B,消光比均优于39.93 d B;在C波段,MIMO-FREE-（DE）MUX中三种模式的耦合效率优于-0.58 d B,消光比均优于41.18 d B,比以前文献中的消光比高出19.98 d B。这种新型的模分（解）复用器可以提高光通信系统的传输容量、降低损耗和串扰、降低光通信系统的成本、获得高耦合效率和高消光比等高性能指标,且其他特性也优于以前文献中的参数。提出了一种基于少模光纤的准单模实验传输系统。在基于少模光纤的准单模实验传输系统中,首先,分析了在不同输入光功率下,传输0.46 km和19.27 km后的星座图;然后,分析了信号的误差矢量幅度、Q-Factor和误码率随输入光功率的变化;最后,证明了基于少模光纤的准单模实验传输系统可以应用于光传输,也为基于少模光纤的模分复用传输系统的进一步研究提供了有力支持。

关键词：模分复用器低串扰低损耗少模椭圆纤芯传输信道光束传播法准单模传输

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少模光纤强耦合通信系统中的关键器件综述

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激光与光电子学进展 2023年第23期60卷 64-77页

作者：徐思聪周雯余建军复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

基于少模光纤的空分复用(SDM)技术是一种能将现有单模光纤通信系统的容量提高数十倍的关键技术,作为一种克服传统单模光纤通信系统容量瓶颈的有效手段,值得深入研究。本综述介绍了基于强耦合的少模光纤模分复用中的复用/解复用器、光纤... 详细信息

基于少模光纤的空分复用(SDM)技术是一种能将现有单模光纤通信系统的容量提高数十倍的关键技术,作为一种克服传统单模光纤通信系统容量瓶颈的有效手段,值得深入研究。本综述介绍了基于强耦合的少模光纤模分复用中的复用/解复用器、光纤放大器、少模光纤、光传输系统集成器件的关键技术及研究进展,介绍了部分较为经典的或是最新的强耦合少模光纤复用光传输系统的实验,并探讨了模分复用光传输系统的未来研究方向。

关键词：空分复用强耦合少模光纤模分复用器少模光纤放大器集成器件

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基于SOI光波导的器件研究

基于SOI光波导的器件研究

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作者：何万才广西大学

学位级别：硕士

以深度学习为代表的人工智能技术的发展,对人们的生活、工作产生了深刻影响。深度学习技术对计算速度的需求显著增加,然而,由于晶体管的集成度难以继续增加,电子芯片的计算能力受到限制,基于硅基集成平台的光电计算,以其速度快、功耗低... 详细信息

以深度学习为代表的人工智能技术的发展,对人们的生活、工作产生了深刻影响。深度学习技术对计算速度的需求显著增加,然而,由于晶体管的集成度难以继续增加,电子芯片的计算能力受到限制,基于硅基集成平台的光电计算,以其速度快、功耗低、抗干扰强等优势,成为了一个很有吸引力的解决方案。光纤-波导耦合器和模分(解)复用器是硅基集成平台的关键器件,受到了广泛的关注,本文结合光耦合器和模分(解)复用器的研究现状和理论分析方法,对光纤-波导耦合器、模分(解)复用器进行了相关的研究,工作内容如下:本文提出了一种由四孔交错菱形排布的晶胞单元组成的二维光栅耦合器,用于光纤-波导之间的耦合。该耦合器采用倾斜耦合方案。根据设计的性能要求——以耦合效率和偏振相关损耗为主,依次优化了光源的入射角度、光栅上包层的厚度、光栅周期、刻蚀深度、圆孔位置和圆孔半径等参数。仿真结果表明,该二维光栅耦合器的耦合损耗约为2.4d B,偏振相关损耗低于0.2d B,1d B带宽约为36nm,可覆盖C波段;仿真分析了环境温度对该二维光栅的耦合效率和偏振相关损耗的影响情况;根据制造过程中存在误差问题,仿真讨论了该器件的制造容差。本文提出了一种工作于中红外波段(中心波长2.5μm)的3端口模分(解)复用器。根据相位匹配条件,结合光束传播法,设计并优化了模分复用器。根据设计的性能要求——以耦合效率、模间串扰为关键性能参数,优化了模分复用器各部分多模波导的结构、耦合区间隙、耦合区长度与输出端波导结构,以此完成模分(解)复用器整体结构的设计。仿真结果表明,各输入端口对各输出端口的串扰优于-25d B,各输入-输出端口的耦合损耗优于0.3d B。

关键词：二维光栅耦合器模分复用器耦合效率偏振相关损耗串扰

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一种大有效模面积的折射率渐变型模分复用器研究

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光电子．激光 2017年第11期28卷 1180-1185页

作者：刘倩倩郑宏军黎昕白成林胡卫生聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室山东聊城252059 上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

提出了一种大有效模面积的折射率渐变型分布模式信道的新型6模式复用器,采用光束传播法和全矢量有限元方法研究了模分复用器的性能指标。结果表明,本文复用器实现了折射率渐变型分布、大有效模场面积、低非线性系数、高耦合效率和宽工... 详细信息

提出了一种大有效模面积的折射率渐变型分布模式信道的新型6模式复用器,采用光束传播法和全矢量有限元方法研究了模分复用器的性能指标。结果表明,本文复用器实现了折射率渐变型分布、大有效模场面积、低非线性系数、高耦合效率和宽工作波段6模式复用解复用操作;在1 450~1 650nm工作波段,模分复用器耦合效率优于-0.449dB,模式LP_(01)、LP_(11a)、LP_(11b)、LP_(21a)和LP_(21b)耦合效率分别优于0、-0.018、-0.018、-0.449和-0.036dB,呈现出平坦特性;在C波段内,模分复用器耦合效率呈现出更好的平坦特性,所有模式对应的平坦度均优于0.066dB;在1 550nm,所有模式的有效面积均大于标准单模光纤(SMF)的14.9倍,非线性系数均远小于标准SMF。

关键词：模分复用器有效模场面积非线性系数折射率渐变型分布光束传播法

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基于逆向设计的片上硅基动态光子器件研究

基于逆向设计的片上硅基动态光子器件研究

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作者：周长宇深圳大学

学位级别：硕士

传统光子器件的设计是从基本物理原理出发,选择合适的结构,并通过对结构参数的调整来满足设计需求,从而实现相应的功能。而逆向设计,有别于传统的基于原理的启发式设计,则是从器件的功能出发,逆向推导确定相应的特征,再通过仿真算法对... 详细信息

传统光子器件的设计是从基本物理原理出发,选择合适的结构,并通过对结构参数的调整来满足设计需求,从而实现相应的功能。而逆向设计,有别于传统的基于原理的启发式设计,则是从器件的功能出发,逆向推导确定相应的特征,再通过仿真算法对多个特征参数同时优化,从而逆向得出器件结构。在过去的几十年里,对传统设计方法的研究已经比较普遍,其在包括超表面器件、微谐振腔在内的多个器件设计领域中几乎占有主导地位,目前绝大多数的光子器件都是基于这一方法所设计的。然而随着光子器件应用范围的拓展,使用传统设计方法所得到的器件很多时候难以满足日益多样化的需求,并且传统方法也难以实现最优化的设计。而采用逆向设计则有望解决传统方法面临的这些问题,这对于新一代光子器件设计具有重大的意义。本论文基于逆向设计方法设计了功能可调节的集成硅基光子器件,实现了集成硅光子器件的多功能突破。我们结合全局优化算法和时域有限差分算法(Finite Difference Time Domain,FDTD),设计并实现了基于绝缘体硅(Silicon on Insulator,SOI)的双通道波长可切换的波分复用器、模式可切换的模分复用器,以及拓扑荷可切换的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)光发射器。其中,波分复用器的两个通道波长分别为1310nm和1550nm,模分复用器的两种模式分别为TE(Transverse Electric)和TM(Transverse Magnetic)模式,轨道角动量发射器的两个拓扑荷为+1和-1。器件的功能切换则通过光生载流子引起的硅折射率变化机制引入,基本原理是利用高功率飞秒脉冲激光来激发并改变硅材料内的载流子浓度从而引起硅折射率的变化。本论文的研究内容主要包括器件结构优化、微纳加工工艺流程、实验系统搭建与器件测试。首先是结构优化,本次研究采用密度拓扑优化的思路,即将优化结构进行有限离散化,对优化目标函数进行计算以便获得最优的像素结构分布。由于解空间范围巨大,需要考虑全局优化算法,其优点在于避免得到的解陷于局部最优解。在本次研究中我们采用模拟退火算法结合FDTD仿真对结构进行优化,所优化结构采用硅圆盘结构。利用硅对光的散射,通过二进制编码,对硅单元像素的空间位置进行优化以使出射光的透过率(目标函数)最大化。优化结构的仿真计算结果表明我们设计的器件具有相应的可调节功能。其中波分/模分复用器通道切换前后的传输效率都在20%以上,且相应通道隔离度基本上都大于10d B;而OAM光发射器拓扑荷切换前后的发射效率都在25%以上。其次,在结构优化完毕后,就可以进行微纳加工,加工方面采用标准的SOI结构加工流程。包括光刻胶旋涂,电子束光刻,反应离子刻蚀等工艺。最后本论文介绍拟搭建的实验系统,用以对波分/模分复用器、OAM光发射器激光调制前后功能的检测以及实验数据采集。本论文重点介绍器件的设计方法、模拟验证、器件加工工艺以及拟搭建的实验测试系统,实际的器件性能测试实验拟在后续的研究中进行。

关键词：逆向设计硅基光调制器件模分复用器波分复用器轨道角动量光发射器

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铟磷基高速光通信用光子集成芯片与硅基激光雷达研究

铟磷基高速光通信用光子集成芯片与硅基激光雷达研究

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作者：李召松中国科学院大学

学位级别：博士

随着信息网络的发展，大数据、云计算、物联网等新兴技术走进人们的生活。5G时代的到来，自动驾驶、智慧城市、智能家居以及AR (Augmented Reality)、VR (Virtual Reality)等技术正在逐步改变着现代人的生活方式。随之而来的则是数据容... 详细信息

随着信息网络的发展，大数据、云计算、物联网等新兴技术走进人们的生活。5G时代的到来，自动驾驶、智慧城市、智能家居以及AR (Augmented Reality)、VR (Virtual Reality)等技术正在逐步改变着现代人的生活方式。随之而来的则是数据容量和通信带宽指数型的增长，在过去十年，网络容量增长了近100倍，这给现有的通信技术带来了巨大压力。为满足不断增长的带宽和数据容量需求，人们在波分复用、时分复用的基础上提出了偏振复用、高阶调制格式以及空分复用等技术。相关光电器件的传输速率也在不断增长，25 Gbps高速直调DFB (Distribute Feedback)激光器、电吸收调制激光器EML (Electroabsorption Modulation Laser)、APD (Avalanche Photodiodes)等器件已经从学术研究走向商业化。　　针对日益增长的带宽容量和新兴的自动驾驶需求，本论文主要展开了三个方面的研究——用于模分复用光通信系统的少模光发射芯片研究、用于相干光通信系统的外腔式窄线宽半导体激光器研制和用于自动驾驶领域的片上集成式相控阵激光雷达探索。本论文详细阐述了以上几种器件的实现原理、仿真设计、工艺制作和系统测试，主要工作和创新性成果如下:　　1.基于多模干涉MMI (Multimode Interference)耦合器设计了三种不同类型的模式转换/复用器，分别具有50％、66％和100％模式转换效率。通过级联MMI耦合器实现了具有100％模式转换效率的模式转换/复用器，其中采用1×1 MMI耦合器作为移相器，有效的降低了器件的体积和工艺制作难度，兼具波长和偏振不敏感的优势。　　2.基于MMI耦合器设计了一种波分-模分复用器，提出了两种基于MMI的波长-模式耦合器，整个系统全部基于MMI器件实现，具有较大的工艺容差。MMI器件作为标准代工元件，在未来的产业化中具有设计和成本优势。　　3.基于MMI型模式转换/复用器设计并制作了集成直调DFB激光器和模式转换/复用器的少模光发射芯片。实现了波导中基模到一阶模的转换和复用，并对基模和一阶模信道的输出功率、激射光谱以及高频特性等进行了表征。两信道激射波长在1538 nm附近，波导端输出功率大于4 mW，激光器小信号调制带宽15 GHz。同时，对两信道分别进行了10 Gbps背靠背NRZ (Non-Return to Zero)眼图和误码特性测试，得到了清晰的眼图和零误码接收。展示了10 Gbps PAM 4(Pulse Amplitude Modulation)调制，实现了模分复用+高阶调制格式的光发射功能。该少模光子发射器实现了激光光源与模式转换/复用器的单片集成，是我们所知的国际上首次报道的单片集成少模光发射芯片，可直接应用于少模光通信系统和光互连中，具有较大的学术和应用价值。　　4.设计并优化了掩埋脊波导型增益芯片，通过将增益芯片与光纤布拉格光栅蝶形封装的形式，制作了外腔式窄线宽半导体激光器。激光器激射波长1550nm，边模抑制比超过50 dB，最大输出功率约7.8 mW@150 mA，激光器线宽小于50 kHz，可满足400 Gbps相干光通信系统的指标要求。通过自注入反馈的方式，对外腔式窄线宽半导体激光器的线宽进行了压缩。获得了最小约为3 kHz的激光线宽输出，激光器线宽最大压缩率超过20，窄线宽工作区域扩大至1.33倍，降低了窄线宽工作模式的调谐难度。整体环路工作模式稳定，可应用于相干光通信系统以及高灵敏度光纤传感领域。　　5.设计并制作了片上集成式相控阵激光雷达芯片。激光雷达系统包括大功率激光光源、分束器、移相器和光学天线等部分。首次提出了基于1×1 MMI耦合器的主振荡功率放大器，分束器采用了级联1 ×2 MMI耦合器，移相器为顶加热型波导结构，光学天线采用了光栅发射型。搭建了损耗和远场光斑测试系统，对各分立器件的损耗性能进行了表征，并获得了光学天线的远场光斑图像。

关键词：光子集成芯片硅基激光雷达模分复用光通信 MMI耦合器模分复用器

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