硅基紧凑式光子模数转换器关键技术研究

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1、隶劫大·譬硕士学位论文万方数据硅基紧凑式光子模数转换器关键技术研究本论文获国家自然科学基金(60978005)资助。万方数据RESEARCHOFCOMPACTIIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2707260SILICoN—BASEDPHOTONICANALOG—TO—DIGITALC0噎WERTERSAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangZhonglongSupervisedbyProf．XiaoJinbiaoDepartmentofEle

2、ctronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityApril2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：础日期：删东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的

3、复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。一躲熊翩虢纽吼出毕万方数据摘要模数转换器是连接模拟信号和数字信号的桥梁，随着数字电子技术的不断发展，人们对模数转换器的性能提出了更高的要求。但是传统的电子模数转换器受到其物理极限的限制，其进展极为缓慢，已经成为阻碍数字处理系统发展的瓶颈。随着锁模激光技术和硅光子技术的不断发展，采用光学技术提高

4、模数转换器的性能成为当前的研究热点。本文提出了硅基紧凑式光子模数转换器，对其关键技术进行了深入研究。论文首先综述了光子模数转换器发展概况；接着详细介绍了有限元法和有限差分柬传播法分析光波导器件的一般步骤：然后介绍了多模干涉耦合器分析与设计方法，分析了硅线脊波导的模式特性，优化了Ix2、2x2、2x4和4×4多模干涉耦合器；接下来提出了三种基于多模干涉耦合器的光学混合器，求解了器件的传输谱及光在器件内的传输分布，讨论了结构参数对光学混合器性能的影响：最后给出了硅基紧凑式光子模数转换器的设计方案，并对系统进行了误差分析。设计和优化了90。光学混合器，讨论了系统的制作容差。计算结

5、果表明：多模干涉耦合器长度对900光学混合器的性能影响较小，而其宽度的变化可能导致器件的损坏，此外，光源波长也会对系统产生较大的影响。电判决模块由成熟的电子器件组成，首先通过光电二极管将光信号转化为电信号，然后通过放大器、比较器获得二进制码。在此基础上，集合900光学混合器及电判决模块，设计出一种新颖的光子模数转换器方案，由本地光源信号、3dB耦合器、相位调制器、90。光学混合器和电判决模块构成。3dB耦合器将本地光源信号等分为两路完全一样的光源子信号，相位调制器将待转换模拟电信号的幅度信息调制到其中一路光源子信号，使其产生对应的相位差，90。光学混合器输出具有正交特性的两

6、路待评判光信号，电判决模块用于二迸制编码。该方案具有如下优点：无论转化位数的多少，整个系统只需要一个光源和一个相位调制器：核心元件——3dB耦合器、相位调制器和光学混合器均为绝缘体上的硅脊波导结构，因此操控方便、稳定性好、易于集成；通过器件的级联，可以获得具有更高转化位数的模数转换器，在此过程中，只需添加相移器和光学混合器，不需要添加任何额外的器件。该方案克服了传统电子模数转换器存在的不足，具有广阔的应用前景。关键词：光子模数转换器，90。光学混合器，电判决模块，硅基纳米线，集成光学万方数据AbstractAbstractAnalog-to-digitalconverter

7、s(ADCs)arethebridgethatconnectsthedomainofanalogsignals，theonlysignalsexistinginnature，andthedigitalcounterpartsofmodemeleclxonics．Theconstantlyincreasingperformanceofdigitalelectronicsopensnewexcitingpossibilitiesofsignalprocessingandrequiresincreasinglyfasta