多信道全光信號處理及器件集成的基礎研究

《多信道全光信號處理及器件集成的基礎研究》是依託華中科技大學，由余宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多信道全光信號處理及器件集成的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：余宇
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

全光信號處理是下一代高速光通信網路中特別是網路節點處的關鍵功能，是目前國際上的研究熱點。全光信號處理技術要能在多波長光網路中得到實用，必須具備多信道並行操作的能力，目前國內外在多信道全光信號處理上尚處於初級階段。全光信號處理獲得大規模實際套用的前提是相關光電子器件的集成化。在前期研究工作的基礎上，本項目提出利用基於半導體光放大器和延時干涉儀單片集成器件來實現多種功能的多信道的全光信號處理，針對半導體光放大器增益動態特性和超快非線性效應改善的目標對器件結構和性能參數進行最佳化設計，提出半導體光放大器的多信道理論模型，闡明半導體材料帶隙波長漂移的機理，突破半導體光放大器和延時干涉儀單片集成的關鍵工藝，實現40Gb/s 的8信道全光信號再生、碼型轉換、高級調製格式解調等功能，並以此為突破口，開拓其他多通道全光信號處理功能器件的集成。

結題摘要

本項目提出利用基於半導體光放大器SOA和延時干涉儀DI器件來實現多種功能的多信道全光信號處理。針對SOA增益動態特性和超快非線性效應改善的目標對器件結構和性能參數進行最佳化設計，提出半導體光放大器的多信道理論模型，闡明半導體材料帶隙波長漂移的機理，突破器件集成的關鍵工藝，實現40Gb/s 的8信道全光信號再生、碼型轉換、高級調製格式解調等功能，並以此為突破口，開拓其他多通道全光信號處理功能器件的集成。項目研究以來，我們嚴格按照課題計畫和目標進行研究，總體上來說，研究工作完成較好，項目經費使用合理。在理論研究、器件工藝和實驗方案驗證等方面均完成了預期的研究目標。具體概述如下： 1. 器件機理及最佳化設計 對器件機理進行了深入研究，最佳化器件設計和工作參數，使其能套用於多通道並行處理。在傳統SOA模型基礎上，充分考慮多波長同時在SOA中對其載流子進而對各種非線性效應的影響，建立了完整的多信道模型，能實現從材料組分、能帶結構，到動態特性，以及後續串接濾波器等級聯結構的分析計算。研究了量子阱半導體光放大器（QW-SOA）的超快動態特性機理，針對不同的套用建立了完善的面向不同速率需求的SOA動態模型，並能實現對SOA中各種非線性效應的選擇性增強。 2. 多信道並行信號處理新方案及器件 在理論分析的指導下，提出並實現了多種多信道全光信號處理原創性新方案，包括只利用到DI的線性處理以及利用到SOA加DI的非線性處理。針對傳統調製OOK格式和高級調製格式（DPSK、QPSK等），在提升單通道速率、增加信道數等方面進行了深入研究，提出並實現了最高8*100Gb/s的並行碼型轉換、信號再生、時鐘恢復、信號解調等功能。還將並行信號處理擴展到多維復用領域，提出了針對多維復用信號處理的新思路和多種Si基新器件。 3. 單片集成工藝探索及器件製作 對InP基的單片集成工藝進行了深入探索，在突破基本工藝基礎上，重點對量子阱混雜和選擇區域生長兩種單片集成技術進行了深入摸索。通過光刻、掩膜刻蝕、波導刻蝕、套刻、電極濺射與金屬剝離、減薄、解理等工藝，成功實現了InP基無源和有源器件，並進行了通光測試。 在項目資助下，在國際主流期刊上發表SCI索引文章21篇，國際會議報告4篇，授權國家發明專利4項，申請1項。項目負責人獲教育部新世紀優秀人才計畫，還培養了一批研究生。