硅基光子交換芯片的穩(wěn)定性研究.pdf

1、硅基光子交換芯片作為未來片上光網(wǎng)絡(luò)的核心器件，已成為光通信技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而一個(gè)值得關(guān)注的問題是如何使光子交換芯片始終保持在穩(wěn)定工作狀態(tài)。本文通過理論和仿真分析控制電極的電光和熱光特性，提出一種可使光交換芯片穩(wěn)定工作的反饋控制裝置，并結(jié)合硅基馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）和微環(huán)諧振器（Micro-Ring Resonator,MRR）兩種光子交換芯片的特點(diǎn)提出了相應(yīng)的解決方案。實(shí)

2、驗(yàn)測(cè)試了基于MZI的16×16交換芯片的驅(qū)動(dòng)電路和性能，完成了4×4硅基光子交換芯片的反饋穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)。本論文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　1.詳細(xì)地描述了硅基馬赫-曾德爾干涉儀和微環(huán)諧振器兩種光子交換芯片的控制電極結(jié)構(gòu)和開關(guān)控制過程，理論和仿真分析了控制電極的電光和熱光特性，提出一種可使光交換芯片穩(wěn)定工作的反饋控制裝置，即通過監(jiān)測(cè)芯片的輸出功率或隔離度等性能來反饋控制熱控電壓值，同時(shí)彌補(bǔ)芯片加工的工藝誤差。
　　2.通過分析

3、MZI和MRR光開關(guān)單元的溫度敏感特性，提出了基于隔離度性能的MZI光開關(guān)反饋控制方案和基于輸出光功率的MRR光開關(guān)反饋控制穩(wěn)定方案。重點(diǎn)分析了加熱電阻對(duì)MZI光開關(guān)的溫度補(bǔ)償作用，研究結(jié)果表明，外界溫度增加會(huì)減小加熱電阻的阻值，這是影響MZI光開關(guān)穩(wěn)定性的主要因素。
　　3.根據(jù)MZI光開關(guān)單元的工作原理，研究了光開關(guān)過程中載流子濃度變化和PIN電極熱效應(yīng)對(duì)波導(dǎo)折射率的影響，結(jié)合光分組交換應(yīng)用場(chǎng)景，通過考察熱量的累積效應(yīng)分析了光

4、開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓與分組保護(hù)間隔之間的匹配特點(diǎn)，傳統(tǒng)光開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式適合于較長的光分組格式。
　　4.研發(fā)了MZI光交換集成芯片的驅(qū)動(dòng)電路，編寫了控制程序，在測(cè)試4×4 MZI交換芯片的溫度依賴性基礎(chǔ)上，開展了反饋控制的穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)。研究表明，當(dāng)溫度從28?C變化到50?C時(shí)，光開關(guān)的反饋電壓在0.76V~0.9V之間，輸出光功率的變化可控制在0.1dB以內(nèi)。此外，根據(jù)國家863項(xiàng)目任務(wù)要求，還完成了16×16交換芯片驅(qū)動(dòng)電路和性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。