摘要
随着光通信技术的发展，可调谐全光网络正成为研究热点，对全光网络中的光信号进行实时调制的光信号处理芯片成为其中的核心光电子器件。传统的基于液晶空间光调制器(LiquidCrystalSpatialLightModulator,LC-SLM)的光信号处理技术存在控制速度较慢，控制范围较小的不足。为此本论文开展了一种基于阵列波导光栅（ArrayWaveguideGrating,AWG）的光信号处理芯片的研究，在薄膜铌酸锂平台上完成了芯片的设计、测试及优化工作，该芯片具有快速控制的特点。本论文的主要研究内容如下： (1)提出了一种基于AWG的光信号处理芯片。该芯片在薄膜铌酸锂上单片集成AWG、调制器阵列和反射器阵列，实现了对输入光信号各个频率分量的幅度和相位控制。通过在频域内对入射光信号进行处理，可以实现光学滤波器、任意波形发生器等功能。 (2)设计了基于AWG的光信号处理芯片。介绍了AWG的基本原理并基于傅里叶衍射理论建立了AWG的理论分析模型，在薄膜铌酸锂上设计了中心波长1550nm，波长间隔50pm，共100个通道的AWG；阐述了多模干涉耦合器（MultimodeInterferometer,MMI）的基本原理，对1×2MMI和2×2MMI以及S-bend结构进行了仿真和优化；并基于MMI设计了马赫曾德调制器（Mach-ZehnderModulator，MZM）和反射器。 (3)介绍了光信号处理芯片的工艺制作流程，进行了光信号处理芯片的版图设计，并搭建了具有偏振控制功能的芯片测试系统，利用该系统对制作的光信号处理芯片进行了性能测试。测试结果表明AWG通道间隔为50pm，MZ调制器的半波电压约为2.5V，响应时间小于0.5μs，初步验证了该方案的可行性。 (4)对光信号处理芯片进行了优化设计。在阵列波导区域采用浅刻蚀，采用TE偏振模式，并缩短了阵列波导的长度差，从而减小了AWG的插入损耗和通道串扰；仿真获得AWG的插入损耗约3dB，串扰低于20dB。同时优化设计了MMI结构，并在调制器区域采用共面电极结构，仿真获得MZ调制器的电压长度积为8.76V?cm。 综上所述，本论文提出了一种基于薄膜铌酸锂的光信号处理芯片，并进行了制作和测试，初步验证了方案的可行性，并根据测试结果进行了进一步的优化。
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