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基于半导体化合物材料的全光开关研究

李龙志  
【摘要】:随着当今信息传输量急剧增长,全光通信网已经成为未来通信网络的发展方向。在全光网络系统中,光交叉连接设备(OXC)与光分叉复用设备(OADM)是其重要组成部分,而光开关与光开关阵列又是OXC与OADM的核心器件。全光通信网络技术的发展,特别是光时分复用技术的迅猛发展,对光开关提出了更高的速度要求。 传统的光开关,如MEMS光开关、热光开关、液晶光开关等,已经不能满足全光网络的速度要求。而光控型光开关,采用光-光直接调制,能够达到ps量级的速度,避免了“电子瓶颈”所带来的开关速度限制,成为超高速光开关研究的热点。 本文首先研究了控制光垂直注入型全光器件工作机理。在简要分析了基于GaAs材料的光致折射率模型的基础上,通过自洽的方法,重点研究了基于GaAs/AlGaAs多量子阱材料的光致折射率模型;其次分析了量子阱波导传输特性,利用谱折射率法设计低损耗的深刻蚀脊形量子阱波导。 在器件结构设计方面,通过BeamPROP软件模拟,重点研究了模式抑制型全光开关结构,设计出结构紧凑、设计简单、易于集成大规模开关阵列的高性能的光开关。 本文采用半导体器件制作工艺,研制出基于GaAs薄膜材料的光控型光开关,并系统总结了工艺制作经验与具体的工艺参数。通过采集器件的近场输出光斑,采用高斯拟和的方法进行数据分析。测试结果表明,基于GaAs薄膜材料的模式抑制型全光开关的消光比可以达到8dB。对M-Z型结构全光调制器的测试中,也观测到试验现象。此外,对基于多量子阱材料的全光开关也进行了实验研究。


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