基於邊緣濾波技術的矽基片上集成型波長解析器

《基於邊緣濾波技術的矽基片上集成型波長解析器》是依託浙江大學，由楊建義擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於邊緣濾波技術的矽基片上集成型波長解析器
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：楊建義
• 項目類別：面上項目

項目摘要

集成型波長解析器件是片上光檢測系統不可或缺的組成部分。基於邊緣濾波器的波長解析技術是實現高性能集成型波長解析的重要方案之一。本項目基於矽基光子技術，結合矽基集成光波導結構的特性，提出利用高Q微環諧振腔和Fano諧振結構所具有的濾波特性來構建X形邊緣譜形，設計具有高斜率的邊緣濾波器；採用兩級解析結構設計具有寬波長範圍的解析系統，提出利用多環方案和眼形微環嵌套Fano熱調諧方案完成精解析。基於矽基CMOS兼容工藝技術，集成光電探測器，設計並研製出基於邊緣濾波器的集成型波長解析器。所研製的波長解析器解析度達到亞皮米量級。這些工作將為片上集成光子分析系統的建立打下基礎。

結題摘要

集成型波長解析器件是片上光檢測系統不可或缺的組成部分。基於邊緣濾波器的波長解析技術是實現高性能集成型波長解析的重要方案。項目根據基於邊緣濾波的波長解析技術原理，結合矽基集成光波導技術，研究基於高Q諧振腔的邊緣濾波器結構，設計了適用於矽基片上集成的具有高解析解析度和大波長解析範圍的波長解析器方案。基於矽基CMOS 兼容工藝，研製了基於邊緣濾波的波長解析器集成晶片。 為了實現高精度比率制波長解析，項目採用Fano結構設計，設計了具有斜率可調的Fano結構，並採用雙Fano結構獲得”X”型。項目基於矽基光子平台成功研製了高精度波長解析器，所研製的器件波長解析器解析度達到0.8pm。由於來自模數轉換器（analog-to-digital convertor，ADC）的本徵噪聲和PD探測器的噪聲將影響器件的解析度，本項目器件的極限解析度為0.12pm。 為了實現大波長範圍解析，項目採用兩級結構。第一級是粗解析，器件的可監測波長範圍由這一級粗解析決定，它在納米數量級上粗略估算出輸入光的波長，並初步估計在第二級波長解析中相應的FSR範圍；第二級波長解析器可以更加精確的得到輸入光的波長值。這可以使得器件同時獲得高分辨和寬的波長監測。在實際器件研製中，器件採用了兩個非等臂長的MZI組成，其輸出譜線構成“X”型。第二級由兩個微環組成，對輸入光波長實現高分辨的監測。通過同時熱調兩個微環並結合第一級粗解析，可以在整個寬的解析範圍內實現高解析度的波長監測。實驗研究表明，項目所研製的器件可以在55nm寬的波長範圍內獲得解析度高達1.6pm的波長解析。 這些工作為構建片上集成光子分析系統的建立打下了基礎。