光互连中光开关与光探测器件的研究

光互连和光交换以其传输容量大、速率高、无干扰、低功耗、I/O 功能强大等优点,必将取代电互连与交换已成为人们的共识。同时,光互连与光交换能通过集成接收模块、光发射模块、空间光调制器等很好地与电系统连接,充分利用电系统提供的强大的逻辑处理能力,实现复杂的系统功能。

光互连与交换技术包括两方面的技术,一是器件技术,二是网络构成技术。器件技术包含光源列阵技术、列阵光调制与探测技术、光逻辑开关列阵技术、平面微光学器件技术等。网络系统构成技术则包含网络拓扑设计与光学实现等技术。光互连与光交换系统的发展史实际上是光电子器件的发展史。光互连与光交换系统的实现有赖于光开关,光探测器,激光器等光电子器件的进展。

本文将就其中的光开关和光探测器等器件进行设计与研究。本文首先提出了一种与偏振无关的双向光纤光开关,他通过对入射光进行偏振调制,使信号光以线偏光形式在光路中传播,同时在输出端将线偏光还原成初始信号光,这将大大减小了自由空间光开关中由于各元器件的偏振累加,而使光路中存在的偏振相关损耗。本文将阐述光开关的原理与矩阵分析,论证这种自由空间光开关的等程性,讨论新型光开关结构与性能(插入损耗与偏振相关损耗)。接着,本文将就光开关的安装调试中遇到的问题与解决方法做简要陈述。在探测器设计方面,由于硅资源丰富,以及硅基探测器能够很好地与硅IC 电路兼容,但因为硅是间接带隙材料,使得硅基探测器在性能方面存在很大的缺陷。

本文将从工艺与结构两个方面就提高硅基光电探测器。从工艺上,本文将探讨几种传统的集成工艺(双极性工艺、CMOS 工艺、BiCMOS 工艺),然后我们将对这些工艺进行修改,使制作的硅基探测器在性能方面得到较明显的提高。从结构上,本文将提出了一种共振腔增强性(RCE)结构的探测器,它通过在两端生长的布拉格反射器(DBR)构成了一个法布里-珀罗(Fabry-Perot)光学谐振腔,由于腔的共振增强效应,将极大地增强了腔内的光场强度,从而使器件可以在较薄的吸收层的情况下获得较高的量子效率-带宽积,从而大大提高了光电探测器的性能。本文将就这种新型结构的探测器与传统的探测器从性能参数上进行分析比较,最后将探讨一种简单的RCE 结构的制作。

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