高速半導(dǎo)體電吸收光調(diào)制器與MSM光探測(cè)器研究.pdf

1、由于信息時(shí)代對(duì)信息的需求呈爆炸式增長(zhǎng)，特別是因特網(wǎng)對(duì)全社會(huì)信息需求的推動(dòng)作用，信息網(wǎng)內(nèi)信息傳送量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了"摩爾定律"。在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，光通信因?yàn)閹挻蟆⒖煽啃愿?、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，向高速、大容量方向取得了飛速的發(fā)展。目前基于電的時(shí)分復(fù)用光傳輸商用系統(tǒng)已從45Mb/s增加到40Gb/s，并正在向超高速系統(tǒng)(>40Gb/s)發(fā)展。在時(shí)分復(fù)用光通信技術(shù)中，核心的研究?jī)?nèi)容是實(shí)現(xiàn)高速電信號(hào)對(duì)光載波調(diào)制的高速光調(diào)制器的研制

2、以及系統(tǒng)接收機(jī)中高速光探測(cè)器的研究。作為當(dāng)前國(guó)際上主流的研究對(duì)象，半導(dǎo)體電吸收光調(diào)制器具有體積小，功耗低，可與半導(dǎo)體激光器集成等優(yōu)點(diǎn)，因此，為適合下一代數(shù)字光通信系統(tǒng)的需要，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)40Gb/s以上時(shí)，多選用激光一電吸收調(diào)制器集成器件作為光發(fā)射機(jī)的核心。在另一方面，MSM光探測(cè)器因其制作容易、低暗電流、大帶寬靈敏度積，以及易于與電路芯片集成等特點(diǎn)，已成為高速光通信接收器中的重要元件。 本文主要在理論上研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)并測(cè)

3、試了高速半導(dǎo)體電吸收光調(diào)制器。光調(diào)制器的-3dB帶寬達(dá)到100GHz；調(diào)制器的微波反射參數(shù)S<,11>在0～60GHz頻率范圍內(nèi)始終低于-12dB；當(dāng)信號(hào)傳輸速度為50Gb/s、驅(qū)動(dòng)電壓的峰峰值V<,p-p>為3V時(shí)，電吸收光調(diào)制器的動(dòng)態(tài)消光比達(dá)到了10.7dB。調(diào)制器優(yōu)異的性能基于以下設(shè)計(jì)：針對(duì)調(diào)制器的高消光比和低驅(qū)動(dòng)電壓要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)了對(duì)1550nm波長(zhǎng)光波段具有高電吸收系數(shù)的InGaAsP/InGaAsP多量子阱材料；針對(duì)調(diào)制器的

4、高消光比和低插入損耗要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)了調(diào)制器光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)制器光限制因子的提高以及器件與單模光纖之間光耦合效率的改善；提出并優(yōu)化設(shè)計(jì)了光調(diào)制器分段式行波電極結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了器件工作帶寬的提高和器件與微波信號(hào)源阻抗匹配性能的改善。 基于高速半導(dǎo)體電吸收光調(diào)制器，我們首次提出并完成了傳輸速度為80Gb/s的電時(shí)分復(fù)用光發(fā)射機(jī)的研究和實(shí)驗(yàn)；通過對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，我們研究了溫度對(duì)高速電吸收光調(diào)制器工作狀態(tài)的影響，提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5、了可通過優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)非冷卻下高速光調(diào)制器在大溫度范圍內(nèi)的正常工作。 利用高速半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電-電光轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，我們將非對(duì)稱法布里一珀羅型電吸收光調(diào)制器模塊作為光收發(fā)器應(yīng)用在全雙工光纖無(wú)線系統(tǒng)中，提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上下行鏈路共用一個(gè)波長(zhǎng)光載波的系統(tǒng)方案；通過對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的非線性分析，模擬了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍特性，并結(jié)合模擬結(jié)果在實(shí)驗(yàn)中通過優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)副載波信號(hào)的互調(diào)失真進(jìn)行了抑制。 此外，