[01331114]InP基多量子阱光调制器/开关技术

1.课题来源与背景基于平面光波光路(PLC)技术的光调制器/开关，是实现现代高速光网络、高速光信号处理、大容量光互连节点和终端设备中光信号处理模块最基本的单元。东南大学光子学与光通信研究室1996年起已开始与美国相关大学课题组合作开展高速光调制器/开关技术研究。2002年获得江苏省高技术项目“III～V族半导体材料多量子阱光调制器/开关技术研究”支持（项目编号：BG2002008）。2002年10月又承接了“十五863”项目“光电子芯片与集成系统的无生产线设计技术研究”（项目编号：2002AA312230）InP基平面光波光路（PLC）子课题研究。课题研究目标为，充分利用我国现有的实验室条件，开展InP基多量子阱光调制器/开关技术研究，建立芯片设计、制作和测试平台，探索国产化实现的技术途径，发展具有自主知识产权的宽带高速信息系统和模块。2.性能指标与研究成果直接采用成熟的半导体工艺技术，对Ⅲ～Ⅴ族化合物半导体平面光波光路（PLC）的研究，国际上已深入到面向具体应用需求，优化设计和制作高性能器件和产业化阶段。过去若干年，国内尚未开展InP基PLC的研制工作，提交相关样品。半封装后光调制器/开关的技术指标为：工作波长范围：1.525～1.575m；插入损耗：≤24.5dB；回波损耗：≥11.5dB；调制带宽：11GHz；调制电压：≤4.2V（直条型）；≤1.8V（M-Z型）。此外，还测得了芯片的偏振相关损耗和色散特性。江苏省高技术项目于2006年7月验收通过；十五863项目（平台建设）于2005年5月验收通过。通过项目研究，分别建立了PLC光路设计、光学特性测试平台；共发表学术论文52篇，其中被SCI收录约11篇、EI收录约29篇；培养毕业博士生3名、硕士研究生8名；申请发明专利3项、实用新型专利3项。3.技术的创造性与先进性经过课题组四年的努力，在Ⅲ～Ⅴ族化合物半导体PLC器件设计方法和平台的研究、具有创新思想的材料和器件的提出和论证、国产化制作工艺的建立和芯片制作、光学性能测试技术和平台的建立等方面开展了卓越的工作，所研制的样品达到国际先进水平。主要创新点与先进性在于：（1）提出了广义道格拉斯法与交替方向隐式算法的三维有限差分时域束传播算法，提高了计算精度与效率，研制出数值分析模块；提出了基于分段PML吸收边界条件与AD的时域有限差分算法，具有无条件稳定的特性，效果优于传统PML的情况，研制出数值分析模块；研制了具有自主知识产权的光子器件模拟分析CAD软件，构建了PLC光路设计平台。（2）建立了基于Agilent 81019A光子全参测试系统的平面光波光路器件测试平台，研制出PLC芯片与单模光纤的连接耦合装置，构建了测试平台的硬件和软件，实现与Agilent公司的联网测试。（3）InGaAsP/InGaAsP MQW材料体系在1.55m波长处具有良好的QCSE效应，能够实现光开关、调制器、耦合器、滤波器等PLC单元的电调以及与光源、光电子器件的单片集成，探索出该芯片国内工艺加工渠道。（4）在条型光调制器/开关直通道引入控制电极，对光波幅度调制；在其右端加入环形谐振腔滤波器，对幅度调制后的光波进行整形，实现光调制器开关功能和谐振腔滤波器功能的集成，且接入波导采用锥形过渡结构，大大减小附加损耗。4.技术成熟度、适用范围该课题研究的芯片达到原定技术指标。进一步开展耦合封装的研究，则可提供实用化的器件。基于PLC技术的各类光层信号处理器件，是实现现代高速光网络、高速光信号处理、大容量光互连节点和终端设备中光信号处理模块的基础，目前已可构成可重构光上下路复用器（ROADM）、色散斜率均衡器、偏振模色散（PMD）均衡器、动态增益均衡器、光标签判决光路、瞬态脉冲波形整形器等等，具有广阔的应用前景。研究成果将大大提高我国PLC技术的整体水平，具有重要意义。5.应用情况所研制的样品已在无锡中兴光电子技术有限公司、普天南京通信股份有限公司获得试用，为开发新的光功能模块提供了小型化芯片。FTTH系统以及各类高速宽带光子系统和网络平台提供可行的光信号处理模块，满足我国信息技术和国防事业飞速发展的需求。