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40GHz GaAs行波量子阱电光调制器的研究

周小平  
【摘要】: 国际上,国家主干网从10G向40G的转变已呈蔚然之势,各著名实验室和 国际知名厂商都以40G以上高速设备为研发和生产重心;我国随着对通信系统 容量的急剧增长,主干网也势必从2. 5G向10G以上的速率转变。这对光通信 的核心器件之一的光调制器,提出了更高的要求。本论文采用行波量子阱结构 来设计40GHz的电光调制器。 为实现高带宽,低驱动的要求,本论文着重在量子阱的光学特性和器件的 微波特性两个方面进行了深入的研究。 本论文首先根据量子限制Stark效应,发展了等效宽度思想,提出了把单量 子阱结构的有限深势阱的分析转化为无限深势阱模型的显式公式,从而大大简化 了电场下量子阱结构的分析;接着利用转移矩阵,把周期性的量子阱结构简化为 三层结构,得到了实际采用的非对称三阱结构量子阱的场分布,并讨论了量子阱 结构的偏振特性。与此同时,本论文还分析了该量子阱结构的吸收特性。 本论文接着分析了器件的微波特性。虽然由于金属的趋肤效应,电场将集中 在金属表面,但在40G以上的频率条件下,金属的厚度和趋肤深度在一个量级, 而且此时调制器带宽受到限制的最大根源来源于金属电极的微波损耗。为此,论 文着重分析了共面电极的厚度与有限电导率对行波调制器的微波特性的影响。 文章同时还利用FD-BPM法初步分析了各项异性材料中的电场的静态分布, 为提高电场与光场的耦合因子,减小半波电压奠定基础。 在上述的分析基础上,我们制作了行波量子阱干涉型高速调制器,并初步测 量了器件的静态特性和频率响应曲线。


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