用于WDM光网络的集成解复用接收器件的研究

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1、摘要用接收器件的研究：以任晓敏教授为首席科学家划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(No．2003CB314900)；国家高科技研究发展计划(863计划)项目“用于可重构分插复用具有波长处理机制的平面光集成解复用接收器件的研究”(No．2007A如32418)，“自主创新单片集成高性能可调谐解复用光接收器件”(No．2006AA03ZAl6)；高等学校学科创新引智计划(111计划)项目“通信与网络核心技术创新引智基地"(No．B07005)；国际科技合作重点项目计划项目“基于微尺度效应和技术的异

2、质结构半导体材料及器件”(No．2006DFBllll0)。近几年来，对通信带宽的需求不断增长，推动了光通信技术的飞速发展，光波分复用技术作为其中的支撑技术获得了人们的极大关注。对于在长途骨干传输网中的应用，波分复用技术已获得了长足的发展；然而另一方面，基于波分复用技术的全光网络的研究尚处于方兴未艾的阶段。作为其中关键技术之一的波长解复用接收则是波分复用技术能够应用于实际通信系统并发挥自身强大功能的保证。本论文集中研究了波分复用系统中的集成解复用接收技术与器件，主要包括具有波长选择性的，高速、高量子效率、窄线宽、可调谐光探测器，

3、以及单片集成光探测器阵列；并对其在可重构光分插复用系统中的应用进行了探讨。基于本实验室现有的设备和工艺技术，通过大量的理论分析和实验工艺探索，取得的主要研究成果如下所述：1．完成了可调谐光探测器的设计，在大失配异质外延生长方面取得了重要进展，并且解决了可调谐电极制作的工艺难点。制备了1550nmGaAs．DBRs／InP．PD单片集成可调谐光探测器。基于大失111北京邮电大学博_上学位论文摘要配异质外延技术实现了GaAs／A1GaAs的F．P谐振腔与InP基的P．i-n光探测器的单片集成。器件具有大的波长可调谐范围(>10nm)

4、、窄的光谱线宽(<0．5nm)，同时，峰值量子效率达到20％，3dB响应带宽达到8．2GHz。2．提出了具有阶梯腔的新型法布里一珀罗滤波器结构。解决了多阶梯腔制备的工艺难点，为成功制备具有波长处理功能的单片集成光探测器阵列提供了新的途径。3．成功制备了基于多阶梯谐振腔结构的具有波长处理功能的单片集成光探测器阵列；并且探索了苯并环丁烯树脂(BCB树脂)作为键合材料的光子集成制作工艺。在此基础上，设计并实现了一种用于ROADM技术的集成解复用接收器鲑，该集成器件作为go--洒哦否中的关键组成部分能够完成解复用接收功能。器件测试结果显

5、示，可以实现四路波长的探测。最大峰值量子效率达到20％，最大波长可调谐范围为10nm，调谐功率与可调谐波长线性相关，每条光谱响应曲线的线宽都小于0．5nm，3dB响应带宽达到10GHz。4．成功塞现了长波长四镜三腔光探测剐用InP／GaAs大失配异质———-．，——、————、_—一—～一———————_、——一一一一一外延技术实现光子集成，通过多腔结构的设计，实现了量子效率与频率响应之间的解耦，薄的吸收层保证了高速频率响应的获得，同时RCE结构也保证了高量子效率的实现。实际制备的器件响应波长为1550nm，峰值量子效率接近70

6、％，其光谱线宽为0．5nm，3dB响应带宽大于8GHz。5．提出了一种具有双吸收层结构的RCE光探测器，该结构可丛缓解硅统89星迸拯测矍堂童量垫妻垄闾煦捐亘限制。理论分析得出对于0．2pm厚的吸收层，在1550nm波长处器件的量子效率可达到93％，在高速响应方面，台面积为30pmx30pm时，器件的频率响应3dB带宽亦可以达到26GHz。6．研究了制备具有SWG结构RCE光探测器的方法和途径。研究发现，要达到相同的反射率，SWG结构的引入使InP基DBRs所需IV摘要减少，解决了InGaAsP／InP基DBRs由于折射率期对数增

7、加，即厚度增加的难题。计算显示具有光探测器的量子效率能够超过90％。光探测器，波长选择，可调谐，可重构光分插复V北京邮电大学博士学位论文摘要VISTUDIESONINTEGRATEDDEMULTIPLEXINGRECEIVERSFORWDMOPTICALNETWORKSABSTRACTTheresearchworksofthisdissertationaresupportedbytheNationalBasicResearchProgramofChina(973Project，No．2003CB314900)，theNation

8、alHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(863Project，No．2006AA032416andNo．2007AA032418)，the111ProjectofChina(No．B07005)，