一、9.4 nm Tunable Vertically Coupled Microring Resonator Filter by Thermo-Optic Effect（论文文献综述）
许弘楠[1]（2021）在《面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究》文中研究说明伴随着微电子技术的快速发展与数据处理需求的爆发性增长,芯片互联与数据中心通信正面临着日益严重的传输带宽瓶颈。基于多维复用的新型光互联技术则通过结合波长、偏振、模式等多个维度,提供了一种可行的解决方案。硅基集成光子器件凭借其紧凑的器件尺寸、极低的工作能耗与成熟的加工工艺,被广泛视作构建基于多维复用光互联系统的最佳平台之一。近年来,包括亚波长光栅、超材料、超光栅在内的硅基亚波长结构逐渐兴起,并被应用于波长、偏振、模式等光子特性的精确调控。本文涉及的主要工作是,通过结合硅基亚波长结构与硅基集成光子学,实现一系列具有低损耗、低串扰、大带宽,并可用于片上、片间及空间多维复用的硅基集成光子器件。我们首先讨论了在硅基集成光子器件的仿真、加工与测试方法,并在此基础上,依次对偏振维度、模式维度、波长维度调控以及空间多维光通信中涉及的几类关键器件进行研究。针对偏振维度调控,我们利用硅基亚波长光栅的各向异性与色散特性,提出三类高性能偏振调控器件,即硅基偏振分束器、硅基起偏器与硅基偏振旋转器。对于硅基偏振分束器,我们提出一种基于亚波长光栅异质结的新颖结构。通过拼接光轴取向正交的亚波长光栅,构造了一种具有显着各向异性的耦合器结构,从而有效地分离了输入的正交偏振态。这一器件可以实现215nm以上的工作带宽。对于硅基起偏器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/弯曲波导混合结构。通过结构参数优化,可以使得亚波长光栅对TE、TM偏振态产生显着的等效折射率差,从而有效地增强弯曲损耗的偏振相关性,从而保证输入光中的TM分量被完全滤除。这一器件可以在415 nm以上的光学带宽范围内保证低插入损耗与高偏振消光比。对于硅基偏振旋转器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/缺角波导混合结构。我们将传统缺角波导中的缺角部分替换为亚波长光栅,利用亚波长光栅的异常色散特性,消除了偏振转化长度的波长相关性,从而实现了 415 nm以上的超大光学带宽。针对模式维度调控,我们利用亚波长光栅与超材料的折射率调控特性,提出三类高性能多模传输相关器件,即硅基多模波导弯曲结构、硅基多模波导交叉结构与硅基多模波导功分器。对于多模弯曲传输,我们提出一种新颖的渐变折射率模式转换器,将输入的直波导模式完全转化为相应的弯曲波导模式。我们实验验证了半径30μm以下的4模式弯曲传输,实验测得1.5 dB以下的插入损耗与-20 dB以下的模间串扰。对于多模交叉传输,我们提出一种新颖的Maxwell鱼眼透镜结构,并利用其共轭成像特性将任意高阶模式无损地传输至对侧。我们实验验证了基于这一结构的2模式交叉传输,实验测得插入损耗仅为0.28 dB,同时串扰低于-20 dB。对于多模分束传输,我们提出一种新颖的等效介质分束镜结构,通过调控亚波长光栅的等效折射率,将特定比例的入射光反射至输出端口,从而实现低损耗、低串扰的多模分束传输,并且具有415 nm以上的超大光学带宽。针对波长维度调控,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅滤波器。利用波导内部的干涉相消效应,消除Bragg谐振态的横向衍射损耗,从而产生具有高品质因子的准束缚态。我们实验验证了临界波导宽度附近准束缚态的建立过程,并且利用这一机制构造了Q值5000以上、自由光谱范围100 nm以上的窄线宽滤波器。针对空间多维光通信,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅光学天线。利用不同衍射通道之间的干涉相消效应,有效抑制了光栅天线的衍射强度,并实现了平坦的衍射强度光谱。实验测得衍射强度仅为3.3×10-3 dB/μm,对应0.027°以下的超小远场发散角。最后,我们总结了本文中的主要工作,并对未来的研究方向进行了展望。
陈光[2]（2021）在《光载射频信号处理若干技术及应用研究》文中进行了进一步梳理光载射频信号处理是一门涉及射频技术和光子学的新兴交叉研究领域,其包括了光纤通信、无线通信、微波工程、模拟与数字信号处理、光电融合、光电子材料与器件、光载射频通信系统及网络应用等多个方面。光载射频技术的研究初衷是在射频系统中引入强大的光子技术,从而消除电子瓶颈的同时带来诸多优点,如高速率、低损耗、大带宽、小尺寸、低功耗、轻重量、高集成度、优良稳定性、抗电磁干扰、频率响应平坦、易于混合集成等技术优势。因此,通过采用基于光子学的射频信号处理技术可实现以前在电域内很难甚至是无法完成的功能或任务。正是由于这种巨大优势,光载射频通信自上世纪90年代开始研究以来,在信号处理、民用通信、国防军事、航空航天和医疗卫生等领域已得到了广泛的应用,并引起国内外学者的广泛关注。光载射频信号处理关键技术与光载射频通信（RoF）系统应用作为微波光子学两个重要的研究分支,近些年引起了研究者们的极大兴趣,并成为当前微波光子学的研究热点。本论文针对光载射频通信、光纤射频混合接入网络和微波光子雷达等民用和国防军事应用需求,依托国家自然科学基金重大项目等国家级课题,重点对光载射频信号处理关键技术和光载射频通信系统设计应用两方面开展研究工作。本论文的研究内容及创新点如下:一、提出了基于光串联单边带调制和光正交单边带复用的多模态相干光载射频通信系统为了解决多制式射频信号收发和传输面临的需求及挑战,提出一种采用光串联单边带调制（OTSSBM）和光正交单边带频谱复用（OOSSBM）的多模态相干光载射频通信系统方案,并在接收端采用数字信号处理算法辅助的相干检测,对多路相位调制码型信号的混叠信道进行识别和分离,实现了在相干光载射频通信系统中的多速率信号收发、调制解调与传输。（1）设计了相干RoF系统并进行了数值仿真,分析了 RoF系统中光载射频信号的频谱结构,并通过数字信号处理算法在接收端恢复了发射的2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK码型信号,给出了信号发射前和接收后的时域波形图和眼图对比。搭建了光载射频信号发送、传输、接收和处理的多信道高谱效相干光载射频通信实验平台。实验结果表明,对于所提出的不同类型及条件（单信道与双信道;OTSSBM与OOSSBM;40 km单模光纤传输与背靠背系统等）下的复用信号,经40公里单模光纤传输后系统性能良好,均满足误比特率（BER）低于10-9,品质因数达到6以上。（2）分析了采用OTSSBM和OOSSBM时,传输2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK信号,在保持能量效率适中的前提下,两种复用方案各自分别的频谱效率达到了 4.2 bit/s/Hz和4.9 bit/s/Hz,综合利用OTSSBM和OOSSBM两种方案达到7.4 bit/s/Hz。在提高光单载波射频通信系统的频谱效率和信道容量的同时,使用数字信号处理算法辅助的相干检测进行信号解调与恢复,没有增加额外的混叠信道分离硬件或光电器件,简化了系统结构和复杂度。二、设计了基于硅基光电子的相干光载射频通信集成发射模块和接收模块采用级联硅基微环谐振腔（MRR）结构,设计了具有波长选择性的高Q值、超窄带、可调谐的三通带光带通滤波器,并实现了基于MRR的光多载波产生的技术方案;设计了用于调制高速射频信号的硅基双电极马赫-曾德尔调制器（DE-MZM）;利用所设计的MRR滤波器和DE-MZM等硅基光电子器件,设计了一种发射多路多制式射频信号并提供多类型射频信号接入功能的光载射频信号集成发射机;利用硅基平面光波导设计了混合集成数字相干光接收机,并对所设计的集成发射模块和接收模块的性能做了系统品质因数（Q-factor）和误码率（BER）的验证和测试。（1）利用上下分插型（或称作“上传下载型”）硅基MRR设计了超窄带可调谐光带通滤波器,所设计的单微环谐振滤波器中心波长为1552.52nm,3dB带宽为0.04nm,FSR为10nm,并拥有陡峭的滤波窗口上升沿和下降沿,利用热光效应可调谐滤波通带。通过将三个硅基单微环级联,形成具有波长选择性和可重构性的三通带可调谐窄带光带通滤波器。三个通带的中心波长分别为1550.7 nm,1551 nm和1551.3 nm,其平坦度良好,通道间隔FSR达到10 nm,吸收损耗低于3 dB/cm,每个微环谐振滤波器的精细度Finesse为250,Qtotal达到38750,级联多频带微环谐振滤波器产生多载波光源,其尺寸在毫米级。（2）设计了高速硅基双电极马赫-曾德尔调制器（DE-MZM）,其带宽达到30 GHz,对于BPSK信号的数据速率接近10 Gbit/s。以三个频带作为光载波分别调制不同频段和类型的射频信号,以BPSK调制码型发射则每路信号达到10 Gbit/s的数据速率。设计了亚微米尺寸硅基波导可调谐光衰减器（VOA）,并分析了其特性。设计了双平行双电极马赫-曾德尔调制器,其被用于构成I/Q调制器。将有三个频带的微环谐振滤波器和三个硅基调制器串联后再并联,构成了在三个光载波上调制,同时加载多路不同类型宽带信号（如WiFi,WiMAX等射频信号,或数字信号和模拟信号的任意组合）的光载射频通信集成发射机,整个芯片尺寸为7.8 mm2的毫米量级。（3）为了解决相干光载射频通信系统对于数字相干接收机在集成度、功耗、工作稳定性、灵敏度、响应度波动、相位误差方面的进一步需求,设计了一种基于硅基平面光波导的集成数字相干光接收机前端,并测试了所设计的集成相干接收机前端模块的性能和参数指标。在1520 nm～1620 nm宽波长范围内,相位漂移在±1°,保证了相应端口良好的相位正交性。当温度在-5℃～80℃时,响应度幅度波动在±0.25 dB;相邻光电探测器端口之间的响应度偏差在0.4 dB之内。测试了对于112 Gbit/s PDM-QPSK调制码型信号的接收性能,得到了偏振正交方向X信道和Y信道上清晰且易于判决的星座图,以及品质因数（Q值）和信号光功率（光信噪比）的近似线性对应关系。三、设计基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术方案为了在一个光载射频信号处理系统中实现多项功能,并提高系统集成度及降低成本,对光载射频信号处理的三种核心技术——移相、滤波和倍频进行了综合方案设计。（1）基于双偏振双平行马赫-曾德尔调制器（DP-DPMZM）,设计了具有倍频功能的宽带光载射频信号移相器,不仅对射频信号进行2-6倍频调控,且在光域实现了 360°相位控制。仿真验证了其相移范围和倍频效果,相移量与相位调控参量接近线性关系,多倍频与相位控制这两种处理同时进行。分析了消光比的变化、90°混合器的幅度和相位不平衡性对相位漂移、幅度抖动及系统稳定性的影响。（2）借助MZM的单边带（SSB）调制（用于加载射频信号）和半导体光放大器（SOA）的光学非线性效应（慢光效应和相干布居振荡）,设计了一种滤波通带（中心波长）和3 dB带宽均可调谐的射频光子滤波器,该滤波器中心波长在15 GHz-20 GHz的频率范围内调节,并具有超过15 GHz的自由频谱范围（FSR）,中心波长不同,其FSR不同,最低的FSR亦超过15 GHz。调节SOA的注入电流,实现了其频带和3 dB带宽可调,在SOA驱动电流为420 mA左右时,FSR=15.44 GHz,滤波器通带的3 dB带宽BW3dB=2.45 MHz,品质因数Q-factor>6300（对于单通带滤波器,Q-factor=Finesse=FSR/BW3dB≈6302）,滤波器带外抑制比达到41 dB。（3）采用偏振分束器、偏振耦合器与两个SOA构成马赫-曾德尔干涉仪型结构（SOA-MZI）,设计了宽带射频光子移相器,数值模拟仿真结果表明:相移的动态范围达到360°、调控精度达到0.1°、相移带宽接近30 GHz,相位变化量与SOA驱动电流呈现良好的线性关系,且依照相移精度对相移量进行连续调节。这些特性均优于传统方案。此外也对所设计的射频光子移相器非线性失真原因做了初步分析。上述三个创新点不仅提升了光载射频通信系统的信道容量、频谱效率和多模态应用,丰富了光载射频信号发射和接入服务的多样性,还提高了系统集成度,降低功耗、减小器件尺寸,增强系统的稳定性和可靠性。实现了对射频信号的相位在光域进行连续精确调控,同时进行倍频和滤波等处理,增强了光载射频信号处理系统的综合功能。本论文针对基于光载射频通信的超宽带无线接入网络、微波光子雷达、光控相控阵、电子对抗系统以及其它需要高性能光载射频信号处理的领域开展研究,所取得的研究成果在未来相关研究领域中具有一定的实用价值和应用前景。
王彦禄[3]（2021）在《级联双环增强傅里叶变换芯片光谱仪研究》文中提出基于芯片的光谱仪在生物化学传感器的光谱分析中有着非常重要的作用。阵列波导光栅,蚀刻衍射光栅,光子晶体和环形谐振腔阵列以及基于芯片的傅里叶变换光谱仪等。芯片光谱仪为了提高光谱分辨率,通常只有很小的测量带宽。为解决这个瓶颈问题,本文提出一种基于级联双环增强傅里叶变换芯片光谱仪。此光谱仪基于SOI芯片,利用两个可调谐的高Q值环形谐振腔级联后产生的游标效应,形成一个大范围可调谐的窄带滤波器,从而提高了光谱分辨率。再与一个大带宽低分辨率的傅里叶变换芯片光谱仪级联,形成一个高分辨率大测量范围的芯片光谱仪。此芯片光谱仪具有大的测量带宽（1500-1600nm）、高光谱分辨率（0.3nm）、便携性、与CMOS工艺兼容、低成本以及易于与其他硅基光学器件集成等优点。文中对芯片光谱仪所用的光波导进行电磁场理论分析,对微环谐振腔原理和性能参数进行分析介绍,用传输矩阵方法推导了级联双环谐振腔的传递函数,介绍了游标效应,最后对MZI结构进行理论分析,并推导其传输谱公式。对芯片光谱仪进行仿真,确定环形谐振腔的半径以及MZI参数,提出了考虑色散的还原算法,结合双环透射谱成功将输入光谱还原,简单介绍了光谱仪芯片的制作工艺,展示了芯片的实物图以及其相应结构的电子显微镜图。最后介绍了芯片与光纤的两种耦合方式,完成芯片与光纤阵列的封装,搭建了基于波长探测和功率探测两种测试系统。对芯片光谱仪完成测试,通过对结果的探讨得到了改善方法。
李敏轩[4]（2021）在《基于片上微环滤波器的光纤传感器解调方法研究》文中认为传感技术是当今世界高新技术研究热点之一,而光纤传感技术以其测量精度高、便于组网、抗电磁干扰等特有优势近些年得到飞速发展。光纤传感是将待测参量的变化与光纤内光学参量变化建立起关系,通过对传感器信号的解调,反演出外界待测物理量变化的传感技术。解调技术是光纤传感系统中的核心技术,航空航天、机器人和国防工业等应用场景对集成化和小型化的光纤传感解调系统提出了迫切的需求。本论文研究了基于绝缘衬底上的硅（Silicon On Insulator,SOI）平台的可调微环谐振滤波器的光纤传感器解调方法。微环滤波器具有高扫描速度、小尺寸、小功耗等特点。针对光纤光栅传感器,设计了一种基于可调谐微环谐振滤波器的波长扫描解调芯片,通过优化数据处理算法,初步实现了200 Hz振动信号的动态解调。针对干涉型光纤传感器,设计了一种基于微环滤波器的干涉型游标效应传感器解调芯片,通过微环谐振光谱与塞格纳克干涉光谱叠加产生游标效应,与塞格纳克干涉仪传感器相比,实现了8倍的灵敏度增强。本论文利用片上微环滤波器实现了光纤光栅型和光纤干涉型传感器的解调,为进一步开展集成化、高精度和低功耗的片上解调系统研究打下了基础。
王红侠[5]（2021）在《光学回音壁模式微腔的制备及其可调谐性能研究》文中指出光学回音壁模式（WGM）微腔由于超高的Q值和极小的模式体积而成为光学领域的研究热点。近年来,基于光学WGM微腔的光学器件已被应用于低阈值、窄线宽激光器,高灵敏度传感,腔量子电动力学以及非线性光学等领域。可调谐性能对WGM微腔至关重要,可以极大地提高微腔在不同领域的应用潜力。利用全光调谐手段对WGM微腔进行调谐对于将微腔应用在光学调制器、光开关、光学可调滤波器等领域具有指导意义。基于此,本文以WGM微腔作为研究对象,主要探究了不同微腔的全光调谐性能,具体的研究内容包括:1.分析了不同WGM微腔的模场分布,探究了微腔的性能表征参数,包括品质因子、模式体积和谐振频率等的物理意义;利用微纳光纤作为激发微腔WGM的介质波导,研究了微纳光纤的传输特性;探究了微纳光纤和微腔之间的耦合效率和耦合间距的关系,为了得到高的耦合效率,需精确控制耦合间距,以期获得更好的实验效果。2.利用标准裸光纤制备了二氧化硅微球腔和微柱腔,用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备了复合型的微瓶腔,研究了不同形状微腔传输谱线的差异。实验发现微球腔中由于存在多种高阶模式而呈现出稠密的传输谱,微柱腔的传输谱中谐振峰比微球腔更稀疏且呈现出良好的周期性。微瓶腔的传输谱随着微纳光纤耦合位置的不同呈现出多样性,其中小自由频谱范围（FSR）的传输谱使得利用低泵浦光功率实现超过一个FSR的调谐成为可能。探究了两种材料微腔的温度传感特性,实验结果表明PDMS微腔较二氧化硅微腔有更好的温度传感特性。3.利用全光调谐手段对二氧化硅微球腔和PDMS微瓶腔进行了调谐。在外部泵浦光条件下,二氧化硅微球腔和PDMS微瓶腔的调谐效率可分别达到0.107pm/m W和5.23pm/m W。利用内部泵浦光的调谐方式对PDMS微瓶腔进行调谐,可实现高达68.3pm/m W的调谐效率。得益于微瓶腔FSR很小的特点,利用两种调谐方式均可实现超过一个FSR的调谐,说明了PDMS微瓶腔在全光器件领域的潜在优势。
程肯[6]（2021）在《复合回音壁光学微腔热振荡效应研究》文中研究表明凭借着高品质因子、低模式体积,回音壁模式的光学微腔日益成为科学家研究的重点并且被投入到各种应用之中。多层复合材料微腔能够观察到单一材料无法实现的独特现象,然而目前对于微腔内热振荡现象的研究都仅限于双层及以下的微腔之中。本文以提出的两种不同模型的三层复合回音壁微球腔为重点,第一种是由二氧化硅、聚二甲基硅烷、二氧化硅组成的三层微腔,他们各自通过热光效应对微腔谐振波长的影响是正、负、正;第二种是由二氧化硅、聚二甲基硅烷、丝状蛋白组成的三层微腔,他们各自通过热光效应对微腔谐振波长的影响是正、负、负,同时还考虑了热膨胀效应和快慢两个散热过程。基于耦合模理论和热光动力学模型,构建了它们各自的模型,并运用龙格库塔法进行理论仿真,然后对各自的热振荡过程给出了物理解释并分析了影响各自热振荡效应的原因。根据对理论仿真结果的分析后发现:在第一种模型中,发现二氧化硅与聚二甲基硅烷的厚度比越大,该复合回音壁微腔的自激振荡周期数和振荡频率也就越大。采用三层结构的复合回音壁微腔,相比于双层回音壁微腔,具有更窄的共振谱和更多的振荡周期数。在第二种模型中,观察到该复合回音壁微腔独特的振荡波形。该波形由两个不同速度的振荡周期组成,在慢速的振荡周期中包含着若干快速的振荡周期,并且快速的振荡只出现在丝状蛋白和二氧化硅的温度上升区间。基于耦合模理论构建了热动力学方程解释了这一现象。这种双频振荡同时出现的现象在传感器领域有着潜在应用价值。
刘大建[7]（2021）在《高性能硅光滤波器及其应用研究》文中研究指明当前,新一轮科技革命和产业变革在全球持续深入发展,各领域对网络的依赖不断增强,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。硅基光电子芯片凭借其CMOS兼容、低成本、小尺寸等独特优势,而备受关注。硅光滤波器是其最重要的元件之一,作为关键器件在波分复用和光谱传感等领域被广泛应用。本文围绕高性能硅光滤波器及其应用为主题开展研究。本文首先介绍了集成光学的发展、硅光的优势及其在光通信、光传感等领域的典型应用。之后,本文概述了硅光滤波器的研究现状和发展需求,并对片上硅波导单元器件的仿真设计和测试流程及装置做了简要介绍。其次,本文针对如何获得超大自由频谱范围（FSR）的微环（MRR）滤波器做了深入研究。首先,本文提出了基于多模弯曲波导和弯曲耦合结构的单环滤波器,引入多模弯曲波导以降低弯曲损耗,并优化弯曲耦合结构以调控模式,实现的亚微米尺寸微环滤波器FSR高达93nm,是迄今为止报道的最大值。在此基础上,还进一步提出了基于高阶绝热渐变椭圆环（AEM）的高阶环滤波器,通过引入宽度和曲率均绝热渐变的椭圆环以实现超紧凑微腔,引入弯曲耦合结构以获得所需耦合,实验表明该高阶环滤波器FSR达37nm,为目前报道的高阶MRR的最大纪录。第三,基于多模波导光栅（MWG）,本文研制了两种新型硅光滤波器。首先,针对新通信窗口、重要传感波段—2μm波段,本文首次提出并实现了基于MWG的插分型滤波器,验证的2μm硅光滤波器具有低损耗（～1dB）、高边模抑制比（>20dB）、带宽灵活可调（6～26nm）等优异性能。另外,还提出了一种基于双光栅的偏振不敏感滤波器,该滤波器由一个双偏振模式解复用器和双光栅（包括三角形MWG和矩形MWG）组成,通过巧妙的结构设计和偏振调控以实现偏振不敏感特性,并引入特殊的三角形MWG以减少反射并抑制FP共振,实现了带宽～10nm、FSR不限的偏振不敏感滤波器。第四,基于级联MWG结构,通过调控各MWG光谱特性,本文研制了多种多通道波分复用器,包括四通道粗波分复用器（CWDM）、单纤三向复用器（Triplexer）和单纤四向复用器（Quadplexer）。利用MWG滤波器光谱调控的极高灵活性和扩展性,实现了各类复用器波长、带宽各异的要求;采用切趾技术以降低串扰,并引入了渐变光栅和弯曲波导来抑制FP共振以进一步降低串扰。实验结果表明,各复用器均获得了低损耗、低串扰和平坦响应的高性能特性,且均符合国际标准要求。特别地,对于Quadplexer稀疏的通道波长和不均匀的带宽要求,在其它波导结构滤波器难以实现的情况下,本文多波长、多通道协同设计优化了 MWG的结构及光谱特性,首次在片上实现了高性能Quadplexer。总而言之,在高性能硅光滤波器及其应用方面,本文对基于MRR和MWG的滤波器做了深入且系统的研究,并成功研制了多种高性能的硅光滤波器,为今后大规模的硅光链路系统的集成提供了重要的基石。
宋婷婷[8]（2021）在《针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化》文中指出在当今信息时代应用需求爆炸式增长的驱动下,实现高可靠性和高计算性能的超级信息处理系统是片上系统发展的必然趋势。随着互补金属氧化物半导体（Complementary metal oxide semiconductor,CMOS）工艺技术的长足改进,单芯片上集成成百上千个处理核的多核处理器系统已经实现。在片上多核系统中,由于多任务的并行处理及处理核间海量数据的频繁交换,迫切需要一种高效的通信架构来实现系统的高性能信息处理。得益于与CMOS兼容的硅光子技术的迅猛发展,片上光互连网络（Optical networks-on-chip,ONo Cs）有效解决了传统电互连所产生的高时延、高损耗、带宽限制和通信效率低等问题,其具备强大的并行计算能力、优秀的资源利用率和良好的可拓展性,在超高速光通信、超级计算机系统、计算机体系结构设计等领域具有广阔的应用前景。此外,将波分复用技术应用于片上光互连网络能够满足超大容量和超高速率对更高通信带宽的需求。然而,现阶段片上多核光互连网络的通信可靠性无法得到有效保证。一方面,由于硅基光子器件本身的材料属性和当前尚不完美的制造工艺,光载波信号在传输过程中不可避免地会遭受固有物理损耗和串扰噪声的影响,从而导致网络中多跳通信光信噪比的降低及误码率的增大。另一方面,硅基光开关元件对温度波动和工艺偏差非常敏感,温度及制造工艺的轻微变化都会导致光开关的谐振波长发生漂移,使得光通信链路的物理性能变差,对系统级的通信性能和可靠性造成负面影响。尤其对于采用波分复用技术的片上光通信系统,由上述问题导致的数据通信可靠性降低现象更为严重。因此,本文针对如何提升片上光互连网络的通信可靠性这一问题,开展了相关研究,并取得了如下研究成果:1.针对多波长片上光互连网络中的串扰特性,将角度优化（60°/120°波导交叉）方法应用于支持波分复用技术的光路由器层和光网络层,以提升光通信链路的物理性能,降低光网络中信号传输的误码率。首先,依次构建了完善的光器件级、光路由器级和光网络级的插入损耗和串扰特性分析模型;其次,基于角度优化方法和理论分析模型设计了优化的Crossbar和Crux光路由器的优化结构,对比分析该方法对光路由器的串扰特性及各端口光信噪比性能所产生的积极影响;最后,将所设计的角度优化光路由器应用于光网络层,基于Mesh和Torus拓扑结构的片上光网络进行了光网络层的数值仿真分析。仿真结果表明:该优化方法在本文所用参数下可将光网络层的平均光信噪比提升约1.5 d B,其能够有效提升多波长片上光路由器和光网络的光信噪比和误码率性能,实现光网络中更低的误码率传输和数据通信的可靠性提升。2.将信道编码技术应用于片上光互连网络,结合群计数编码方法具有强大检错能力的优势,设计了全电、全光和光电混合的群计数编码器,其中全光和光电混合的群计数编码器基于硅基微环谐振器设计实现。基于仿真软件Interconnect验证了所设计的光电群计数编码器的正确性和可行性,并对其检错效率、能耗和面积开销进行了详细的分析和评估。分析结果表明:该群计数编码方法的错误检测效率可以达到88.2%,相比于奇偶校验方案的检错效率高出36.6%;全电、全光和光电混合的群计数编码器在最坏情况下能耗分别为0.260 f J/bit、56.000 f J/bit和30.386f J/bit;另外,该光电群计数编码器的占芯比例非常小,当Mesh和Torus网络规模增大至10×10时,其面积开销在整个芯片尺寸中的占比小于0.15%。3.设计了一种新型的适用于片上光互连网络的高可靠性通信系统,该系统具有错误检测和数据重传功能,可以有效保证目的节点所接收数据的正确性。在此基础上,为了减少串扰对通信可靠性的影响,对重传机制进行了优化,进一步提升数据重传的可靠性。基于Opti System仿真系统直观呈现了光群计数编码方法对于实现高可靠光通信系统的可行性和有效性,验证了所提出的光通信机制可以有效提高片上光互连网络中数据通信的可靠性。此外,选择常用的奇偶校验方案作为对照,基于不同的通信机制全面地评估了该可靠性片上光通信系统所付出的功耗和时延代价。分析结果表明:由于增加了激光源、编码及校验电路,采用群计数方法实现4比特数据的可靠传输相较于不含错误检测机制直接传输需要额外消耗26.4%的功率,相比于奇校验方案需要额外消耗16.3%的功率。基于奇偶校验的重传机制相比于只采用奇偶校验但无重传约需额外35%的零负载端到端时延开销,采用群计数方法重传机制的零负载端到端时延比只采用群计数方法但无重传约多出39%。本文所提出的可靠性提升技术在当前片上集成中切实可行,可以有效提升片上多核光通信网络系统数据通信的可靠性。在数字光通信领域和大规模片上光互连网络中具有潜在的应用价值,为芯片上可靠性光通信系统的实现提供了理论基础和技术储备。
郑鹏飞[9]（2021）在《硅基微波光子滤波和延时集成芯片研究》文中研究指明集成微波光子技术结合了集成光子技术小尺寸、低功耗和微波光子技术大带宽、抗电磁干扰能力强等优点,在未来的无线通信、雷达、电子战系统等许多应用领域将有很好的应用前景。在众多的集成微波光子器件中,集成微波光子滤波器和集成微波光子延时线是两种十分重要的器件,在微波信号光域处理领域有着广泛的应用。对于集成微波光子滤波器,提高其射频抑制比、实现精细的滤波以及滤波谱型的灵活可重构是研究的重点和难点。对于集成微波光子延时线,要求其能实现延时量的高精度、大范围可调,同时具备高工作频率和大瞬时带宽。本文围绕集成微波光子滤波器和集成微波光子延时线,提出了一系列创新的结构和方案,并进行了理论和实验研究。论文的研究内容包括:1.基于绝缘体上硅集成光子平台,设计了可调光衰减器、多模干涉耦合器、光开关、微环谐振器等集成光子基本元件。基于自耦合微环辅助的MZI结构,创新性地提出并制备了一种多功能、灵活可重构的集成光子滤波器。该器件可重构成五种具有不同功能的滤波器,可应用于微波光子滤波器、光电振荡器、微波光子频率测量等领域。2.基于频率和带宽可调谐的氮化硅微环谐振腔,提出了一种基于非平衡光学双边带调制的微波光子滤波器,通过射频对消技术提升了微波光子滤波器射频带外抑制比,并同时实现频率和带宽调谐。实验结果表明该微波光子滤波器达到了超过55d B的射频带外抑制、2.5GHz～18.75GHz的频率调谐、0.65GHz～2.2GHz的带宽调谐以及带通/带阻响应的切换。同时,在理论上分析了微环谐振腔过耦合和欠耦合状态下该微波光子滤波器的不同特性,为集成微波光子滤波器的设计提供新的思路。3.提出了一种基于可调光频梳和氮化硅微环的可重构微波光子滤波器。通过对光频梳各梳齿频率间隔、相对强度的控制,实现微波光子滤波器滤波谱型的重构,实现了超过60d B的射频抑制比、1.16GHz～13.3GHz的带宽调谐范围。同时还可以实现具有平坦阻带的带阻滤波器,带内波动小于0.56d B。4.针对40GHz频率的一维波束形成需求,首先设计并制备了硅基单通道7bit光学可调延时线芯片,在实验上实现了1.52ps的高精度延时步进。在此基础上,设计并制备了基于四通道5bit光学可调延时线的光学波束形成网络芯片,用于实现±45°的波束发射角度覆盖范围和7个离散的波束发射角度。实验测试得到该芯片每通道的功耗约为200m W,插损10.1d B,延时步进约为3.02ps,并且4个通道具有良好的一致性。基于实验数据,仿真了基于该芯片的光控相控阵天线的发射方向图,发射角度与设计值的最大偏差小于3.24°,证明了该芯片的有效性。5.进一步,针对4×4单元的40GHz二维波束形成需求,分析了基于波分复用的光学波束形成网络方案和基于16通道光学可调延时线的光学波束形成网络方案。设计并制备了16通道5bit、延时步进2.083ps的硅基光学波束形成网络芯片,为下一步的二维波束形成研究奠定基础。
程方圆[10]（2021）在《基于倒脊型SU-8波导的热可调谐布拉格光栅滤波器研究》文中研究指明近年来,互联网中高清视频业务在5G技术的加持下得到了迅猛发展。移动电子产品普及率极高,互联网中网络带宽的需求量也与日“巨”增,随之而来的是传统的电子通信面临巨大的挑战。为了促进技术的不断发展,人们将目光投向了集成光学。为了提高光通信系统的灵活度,可调谐器件一直是研究者研究的热点。聚合物材料的热光系数性能良好,本文基于聚合物波导在热调谐滤波技术方面开展了相关研究。从器件结构整体的设计思路出发,以及对后续的实验制备流程的考量,选择了倒脊型结构的传输波导。首先对倒脊型SU-8波导进行了单模条件的分析与确定。通过耦合模理论法对布拉格光栅结构的工作原理进行了详细的分析论述,进而在确定的单模倒脊型SU-8波导结构上设计布拉格光栅结构。本文的主要内容如下:1、设计并实现了一种基于1550 nm波段的倒脊型SU-8波导热可调布拉格光栅滤波器。基于上述设计思路进一步确定器件的参数,在参数确定后进行实验制备,并对倒脊型SU-8波导的制备工艺进行了探索。据实验测试结果显示,倒脊型SU-8波导热可调布拉格光栅滤波器与仿真结果一致程度较高:理论设计中滤波器的消光比为28 dB,热调效率为-0.1 nm/K,3 dB带宽1.2nm;实验室制备结果的滤波器的消光比可达28dB左右,热调效率-0.064nm/K,3 dB带宽1 nm,实验室结果较好地验证了理论仿真结果。2、针对水下光通信所采用的“透明窗口”一一可见光蓝绿波段,设计了一种工作于可见光蓝绿波段的倒脊型SU-8波导热可调布拉格光栅滤波器,并对该器件进行了制备工艺方面的探索。可见光蓝绿波段倒脊型SU-8波导热可调布拉格光栅滤波器得到了良好的设计结果,消光比达32.5 dB,热调效率-0.032 nm/K,3 dB带宽50pm。
二、9.4 nm Tunable Vertically Coupled Microring Resonator Filter by Thermo-Optic Effect（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、9.4 nm Tunable Vertically Coupled Microring Resonator Filter by Thermo-Optic Effect（论文提纲范文）
（1）面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学概述 |
| 1.2 光互联中的多维复用 |
| 1.2.1 波分复用技术概述 |
| 1.2.2 偏振复用技术概述 |
| 1.2.3 模式复用技术概述 |
| 1.2.4 空间多维光通信技术概述 |
| 1.3 硅基亚波长结构集成光子器件的产生与发展 |
| 1.4 本文内容和创新点 |
| 2 硅基纳米波导与硅基亚波长结构的特性分析与数值仿真方法 |
| 2.1 硅基纳米波导的特性分析 |
| 2.1.1 基于有限差分频域方法的模式特性分析 |
| 2.1.2 基于有限差分时域方法的传输特性分析 |
| 2.2 硅基亚波长结构的特性分析 |
| 2.2.1 基于等效介质理论的折射率特性分析 |
| 2.2.2 基于平面波展开方法的能带特性分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 硅基集成光子器件的制作与测试 |
| 3.1 硅基集成光子器件的制作流程 |
| 3.2 基于光栅耦合器的垂直耦合测试系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于各向异性调控与色散调控的硅基偏振维度相关器件 |
| 4.1 基于亚波长光栅异质结的超宽带硅基偏振分束器 |
| 4.1.1 超宽带硅基偏振分束器设计 |
| 4.1.2 器件制作与性能测试 |
| 4.1.3 各类硅基偏振分束器的性能对比 |
| 4.2 基于亚波长光栅/弯曲波导混合结构的超宽带硅基起偏器 |
| 4.2.1 超宽带硅基起偏器设计 |
| 4.2.2 器件制作与性能测试 |
| 4.2.3 各类硅基起偏器的性能对比 |
| 4.3 基于亚波长光栅/缺角波导混合结构的超宽带硅基偏振旋转器 |
| 4.3.1 超宽带硅基偏振旋转器设计 |
| 4.3.2 各类硅基偏振旋转器的性能对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于等效介质折射率调控的硅基模式维度相关器件 |
| 5.1 基于浙变折射率模式转换器的硅基多模波导弯曲结构 |
| 5.1.1 多模弯曲传输中的模间串扰问题 |
| 5.1.2 硅基多模波导弯曲结构设计 |
| 5.1.3 低串扰弯曲结构连接的4通道模式复用系统测试 |
| 5.1.4 各类硅基多模波导弯曲结构的性能对比 |
| 5.2 基于Maxwell鱼眼透镜的硅基多模波导交叉结构 |
| 5.2.1 多模交叉传输中的模式相关损耗问题 |
| 5.2.2 硅基多模波导交叉结构设计 |
| 5.2.3 低损耗交叉结构连接的2通道模式复用系统测试 |
| 5.2.4 各类硅基多模波导交叉结构的性能对比 |
| 5.3 基于等效介质薄膜分束镜的硅基多模波导功分器 |
| 5.3.1 多模分束传输中的模间串扰问题 |
| 5.3.2 硅基多模波导功分器设计 |
| 5.3.3 各类硅基多模波导功分器的性能对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于连续区束缚态的硅基超光栅 |
| 6.1 连续区束缚态简介 |
| 6.2 面向波长维度调控的硅基超光栅滤波器 |
| 6.2.1 硅基超光栅滤波器设计 |
| 6.2.2 器件制作与性能测试 |
| 6.2.3 各类硅基光学滤波器的性能对比 |
| 6.3 面向空间多维光通信的硅基超光栅光学天线 |
| 6.3.1 硅基超光栅光学天线设计 |
| 6.3.2 器件制作与性能测试 |
| 6.3.3 各类硅基光栅天线的性能对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 作者在学期间取得的科研成果 |
（2）光载射频信号处理若干技术及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光载射频信号处理的研究背景和意义 |
| 1.2 光载射频通信的发展动态及技术优势 |
| 1.2.1 光载射频信号处理与光载射频通信的国内外研究现状 |
| 1.2.2 光载射频通信技术的未来发展趋势 |
| 1.2.3 光载射频通信技术面临的挑战 |
| 1.2.4 射频光子信号处理在雷达系统中的应用及发展前景 |
| 1.3 论文主要内容及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光载射频信号处理的理论基础 |
| 2.1 RoF系统中光载射频信号的产生 |
| 2.1.1 光载射频通信系统中的调制器 |
| 2.1.2 双光源外差混频技术 |
| 2.2 光电上变频和下变频技术 |
| 2.2.1 MZM实现上变频 |
| 2.2.2 EAM实现上变频 |
| 2.2.3 光电下变频技术 |
| 2.3 射频信号的光域调制与解调技术 |
| 2.3.1 光载射频信号的直接调制技术 |
| 2.3.2 光载射频信号的外调制技术 |
| 2.3.3 光载射频信号的包络检波解调 |
| 2.4 光载射频通信链路中的信号失真原因及分析 |
| 2.4.1 谐波失真问题研究 |
| 2.4.2 RoF系统光纤链路中的传输色散 |
| 2.4.3 RoF链路中的噪声产生原因及特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 多信道高谱效相干光载射频通信系统 |
| 3.1 基于串联单边带调制的光载射频信号产生 |
| 3.1.1 光载射频信号串联单边带调制的方案设计 |
| 3.1.2 光载射频信号串联单边带调制的数学模型与理论推导 |
| 3.2 基于光正交单边带复用的光载射频信号产生 |
| 3.2.1 光载射频信号正交单边带复用的方案设计 |
| 3.2.2 光载射频信号正交单边带复用的理论推导与分析 |
| 3.3 多信道高谱效相干光载射频通信系统仿真与实验研究 |
| 3.3.1 相干光载射频通信系统仿真研究 |
| 3.3.2 多模态相干光载射频通信系统的设计及实验平台的建立 |
| 3.3.3 基于数字信号处理的光载射频通信相干接收与信号解调恢复 |
| 3.3.4 多信道高谱效光载射频通信系统实验结果及性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于硅基光电子的相干光载射频通信集成收发机 |
| 4.1 高Q值超窄带的光带通滤波器设计 |
| 4.1.1 基于硅基单微环的波长选择性光带通滤波器 |
| 4.1.2 基于串联多微环的可调谐超窄带光带通滤波器 |
| 4.2 基于硅基滤波器和硅基调制器的集成光载射频信号发射机设计 |
| 4.2.1 硅基双电极马赫-曾德尔调制器的设计与实现 |
| 4.2.2 硅基集成多信道光载射频信号发射机设计与实现 |
| 4.2.3 硅基光载射频信号发射机的仿真验证及结果分析 |
| 4.3 基于集成发射机的相干光载射频通信系统 |
| 4.3.1 集成相干光载射频信号发射机的实现 |
| 4.3.2 光载射频通信系统性能验证及结果分析 |
| 4.4 光载射频通信集成数字相干光接收机前端设计 |
| 4.4.1 集成数字相干光接收机的方案设计 |
| 4.4.2 集成数字相干光接收机前端的设计结构 |
| 4.4.3 数字相干光接收机前端模块的性能参数指标 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术 |
| 5.1 基于DP-DPMZM的光载射频信号移相与倍频方案 |
| 5.1.1 基于DP-DPMZM倍频相移方案的机理分析与数学模型 |
| 5.1.2 倍频功能的数值仿真与验证分析 |
| 5.1.3 移相功能的数值仿真结果及分析 |
| 5.1.4 基于DP-DPMZM的倍频移相系统性能影响因素分析 |
| 5.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器的设计方案 |
| 5.2.1 基于MZM和SOA的射频光子滤波模块设计 |
| 5.2.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器仿真验证及结果分析 |
| 5.2.3 射频光子滤波器的应用分析 |
| 5.3 基于SOA-MZI结构的光载射频信号移相器设计 |
| 5.3.1 光载射频信号移相的机理特点及典型设计方案分析 |
| 5.3.2 基于SOA-MZI结构的射频光子移相器设计方案 |
| 5.3.3 基于SOA-MZI的光载射频移相器仿真验证及结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文研究成果 |
| 6.2 不足之处及改进措施 |
| 6.3 未来展望 |
| 附录 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果目录 |
（3）级联双环增强傅里叶变换芯片光谱仪研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 基于微电子机械系统(MEMS)的芯片光谱仪 |
| 1.3 基于集成平面光学技术的芯片光谱仪 |
| 1.3.1 基于阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)的芯片光谱仪 |
| 1.3.2 基于光子晶体的芯片光谱仪 |
| 1.3.3 干涉型光谱仪 |
| 1.4 论文研究的目的、内容以及创新点 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 创新点 |
| 第2章 环形谐振腔与MZI理论基础 |
| 2.1 光波导的电磁场分析理论 |
| 2.2 环形谐振腔基本理论 |
| 2.2.1 环形谐振器基本结构及原理 |
| 2.2.2 环形谐振器的矩阵分析方法 |
| 2.2.3 环形谐振腔的光谱特性 |
| 2.3 级联双环谐振腔基本结构与游标效应 |
| 2.4 MZI的基本结构和原理 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 芯片光谱仪的设计与制作 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 级联双环增强傅里叶变换芯片光谱仪的设计与仿真 |
| 3.3 考虑色散的还原算法 |
| 3.4 芯片光谱仪的制作工艺 |
| 3.4.1 工艺流程 |
| 3.4.2 芯片制作结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 测试系统的搭建与芯片光谱仪的测试 |
| 4.1 器件与光纤的耦合 |
| 4.2 测试系统的搭建 |
| 4.2.1 光纤阵列与芯片的封装 |
| 4.2.2 波长探测系统的搭建 |
| 4.2.3 强度探测系统的搭建 |
| 4.3 实验仪器 |
| 4.4 光谱仪芯片测试结果 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）基于片上微环滤波器的光纤传感器解调方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光纤传感器解调技术 |
| 1.2.2 基于光子集成技术的光纤传感器解调技术 |
| 第二章 微环谐振滤波器工作原理与设计 |
| 2.1 微环谐振滤波器理论 |
| 2.1.1 微环谐振器物理模型 |
| 2.1.2 微环谐振滤波器调谐原理 |
| 2.2 微环谐振滤波器仿真设计 |
| 2.2.1 仿真设计软件及准则 |
| 2.2.2 微环谐振腔建模 |
| 2.2.3 光波导高度宽度设计 |
| 2.2.4 微环半径设计 |
| 2.2.5 直波导与环形波导间距设计 |
| 2.3 微环谐振滤波器版图绘制 |
| 2.3.1 设计平台介绍 |
| 2.3.2 版图设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于微环谐振滤波器的光纤光栅解调系统 |
| 3.1 硅光芯片测试平台搭建 |
| 3.1.1 光纤阵列及支架设计 |
| 3.1.2 六轴调节位移台设计 |
| 3.2 可调谐微环谐振滤波器的测试与分析 |
| 3.2.1 静态测试 |
| 3.2.2 动态测试 |
| 3.3 解调系统设计 |
| 3.4 光纤光栅信号处理算法设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于微环滤波器的干涉型游标效应传感器解调技术 |
| 4.1 光纤塞格纳克干涉仪的传感器制作 |
| 4.2 基于微环滤波器的游标效应传感器解调技术 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读博士/硕士学位期间取得的科研成果 |
| 作者简介 |
（5）光学回音壁模式微腔的制备及其可调谐性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 回音壁模式微腔简介 |
| 1.3 回音壁模式微腔的应用简介 |
| 1.3.1 低阈值激光器 |
| 1.3.2 光学频率梳 |
| 1.3.3 高灵敏度传感 |
| 1.4 可调谐回音壁模式的研究现状 |
| 1.5 本论文主要内容及创新点 |
| 第二章 回音壁模式微腔理论基础 |
| 2.1 回音壁模式微腔基本理论简介 |
| 2.1.1 微球腔回音壁模式理论 |
| 2.1.2 微瓶腔回音壁模式理论 |
| 2.2 回音壁模式微腔的主要参数 |
| 2.2.1 品质因子 |
| 2.2.2 谐振波长及谐振频率 |
| 2.2.3 自由光谱范围 |
| 2.2.4 模式体积 |
| 2.3 回音壁模式微腔的光学耦合 |
| 2.3.1 光学耦合方法简介 |
| 2.3.2 微纳光纤的传输特性简介 |
| 2.3.3 微纳光纤-微腔耦合理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 回音壁模式微腔的制备与表征 |
| 3.1 不同类型回音壁模式微腔的实验制备 |
| 3.2 微纳光纤的制备 |
| 3.3 微纳光纤—微腔耦合系统的搭建 |
| 3.4 不同类型回音壁模式微腔的传输谱表征 |
| 3.4.1 二氧化硅微球腔传输谱 |
| 3.4.2 微柱腔传输谱 |
| 3.4.3 微瓶腔传输谱 |
| 3.4.4 不同类型微腔的特性比较 |
| 3.5 微腔热调谐实验 |
| 3.5.1 实验装置 |
| 3.5.2 二氧化硅微球热调谐实验 |
| 3.5.3 PDMS微瓶热调谐实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 回音壁模式微腔全光可调谐特性 |
| 4.1 可调谐特性测试方法及测试平台搭建 |
| 4.2 二氧化硅微球全光可调谐性测试 |
| 4.3 PDMS微瓶全光可调谐性测试 |
| 4.3.1 外部泵浦光调谐特性 |
| 4.3.2 内部泵浦光调谐特性 |
| 4.4 全光调谐机理分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间研究成果 |
| 致谢 |
（6）复合回音壁光学微腔热振荡效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 回音壁光学微腔简介 |
| 1.3 微腔内非线性光学的研究 |
| 1.3.1 微腔内非线性光学的研究 |
| 1.3.2 微腔内热非线性光学的研究 |
| 1.3.3 微腔内热振荡效应的研究 |
| 1.4 本文主要内容和结构安排 |
| 第二章 回音壁微腔模式分析和理论基础 |
| 2.1 回音壁模式光学微腔的模式分析 |
| 2.1.1 几何光学分析 |
| 2.1.2 电磁场理论分析 |
| 2.2 微球腔主要特征参数 |
| 2.2.1 品质因子 |
| 2.2.2 微球腔的模式体积 |
| 2.2.3 微球腔的本征频率 |
| 2.3 回音壁模式的光学微腔耦合方式简介 |
| 2.3.1 棱镜耦合 |
| 2.3.2 自由空间耦合 |
| 2.3.3 垂直耦合 |
| 2.3.4 锥形光纤耦合 |
| 2.4 锥形光纤与微球腔耦合的数学模型 |
| 2.5 龙格库塔法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 正负正三层回音壁微腔热振荡效应 |
| 3.1 正负正三层回音壁微腔的理论模型 |
| 3.2 正负正三层回音壁微腔的热力学模型 |
| 3.3 理论结果和分析 |
| 3.3.1 双层回音壁微腔的理论结果 |
| 3.3.2 三层回音壁微腔理论结果和分析 |
| 3.3.3 多层复合微腔振荡频率的比较 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 正负负三层回音壁微腔热振荡效应 |
| 4.1 正负负三层回音壁微腔的理论模型 |
| 4.2 正负负三层回音壁微腔的理论结果 |
| 4.3 正负负三层回音壁微腔热振荡效应分析 |
| 4.4 影响复合微腔热振荡效应的因素 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 内容总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（7）高性能硅光滤波器及其应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基光电子学 |
| 1.2 硅光滤波器概述 |
| 1.2.1 基于马赫-曾德干涉仪的硅光滤波器 |
| 1.2.2 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 1.2.3 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.4 基于阵列波导光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.5 总结 |
| 1.3 本论文主要内容及创新点 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 主要创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论仿真、制备和测试 |
| 2.1 硅波导光学仿真 |
| 2.1.1 硅波导模式理论 |
| 2.1.2 硅波导模式计算 |
| 2.1.3 硅波导的光场传输计算 |
| 2.2 硅基光电子器件的制备 |
| 2.3 硅基光电子器件的测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 3.1 微环谐振器的基本原理 |
| 3.1.1 全通型微环谐振器 |
| 3.1.2 插分型微环谐振器 |
| 3.2 具有超大自由频谱范围的插分型单环滤波器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 制备和测试 |
| 3.2.3 结果和分析 |
| 3.3 具有超大自由频谱范围的平顶型高阶环滤波器 |
| 3.3.1 结构和设计 |
| 3.3.2 制作和测试 |
| 3.3.3 结果和分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 4.1 波导布拉格光栅滤波器的基本原理 |
| 4.2 2 μm波段的硅基多模波导光栅滤波器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 制备和测试 |
| 4.2.3 结果和分析 |
| 4.3 基于双光栅的偏振不敏感光学滤波器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 制备和测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于级联多模波导光栅的多通道波分复用器 |
| 5.1 面向短距通信的四通道粗波分复用器 |
| 5.1.1 结构和设计 |
| 5.1.2 加工和测试 |
| 5.1.3 结果和分析 |
| 5.2 面向无源光网络的硅基单纤三向复用器 |
| 5.2.1 结构和设计 |
| 5.2.2 制作和测试 |
| 5.2.3 结果和分析 |
| 5.3 面向无源光网络融合升级的硅基单纤四向复用器 |
| 5.3.1 结构和设计 |
| 5.3.2 制备和测试 |
| 5.3.3 结果和分析 |
| 5.3.4 总结和讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 作者在学期间所取得的科研成果 |
（8）针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 片上光网络实现基础 |
| 1.2.2 片上光网络可靠性研究 |
| 1.2.3 光编码技术与光编码器 |
| 1.3 研究意义与主要研究内容 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 片上光互连器件与关键基础理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 片上光互连基本器件 |
| 2.2.1 激光器 |
| 2.2.2 耦合器 |
| 2.2.3 光波导 |
| 2.2.4 微环谐振器 |
| 2.2.5 滤波器与调制器 |
| 2.2.6 光电探测器 |
| 2.2.7 光器件数值仿真方法 |
| 2.2.8 光器件优化理论 |
| 2.3 光波分复用理论基础 |
| 2.4 非线性四波混频效应 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于串扰特性的片上光互连网络通信可靠性分析与优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光器件级串扰特性的分析与优化 |
| 3.2.1 物理结构模型 |
| 3.2.2 功率分析模型 |
| 3.2.3 传输特性分析 |
| 3.3 光路由器级串扰特性的分析与优化 |
| 3.3.1 串扰特性分析模型 |
| 3.3.2 光路由器结构优化 |
| 3.3.3 光路由器性能分析 |
| 3.4 光网络级串扰特性分析与理论建模 |
| 3.4.1 片上光Mesh与Torus网络 |
| 3.4.2 交换机制与路由协议 |
| 3.4.3 串扰特性分析与建模 |
| 3.5 片上光互连网络性能仿真与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 片上光互连网络可靠性编码的研究与设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 片上光群计数编码器的设计与实现 |
| 4.2.1 理论基础 |
| 4.2.2 设计实现 |
| 4.2.3 功能验证 |
| 4.3 片上光群计数编码器的性能分析与比较 |
| 4.3.1 检错效率 |
| 4.3.2 能耗分析 |
| 4.3.3 面积开销 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于光编码技术的片上光互连网络通信可靠性分析与优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 片上可靠性光通信系统设计与优化 |
| 5.2.1 片上可靠性光通信系统设计 |
| 5.2.2 检错重传机制 |
| 5.2.3 重传机制优化 |
| 5.3 仿真分析与性能评估 |
| 5.3.1 数值仿真分析 |
| 5.3.2 通信可靠性评估 |
| 5.3.3 检错能力评估 |
| 5.3.4 功耗分析与评估 |
| 5.3.5 时延开销评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间已发表的论文及专利 |
| 攻读博士期间参加的科研项目 |
（9）硅基微波光子滤波和延时集成芯片研究（论文提纲范文）
| 缩略名词索引 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 集成微波光子技术研究现状 |
| 1.3 集成微波光子滤波器研究进展 |
| 1.4 集成可调光学延时线及波束形成研究进展 |
| 1.5 论文的主要研究内容 |
| 第二章 硅基集成光子单元器件 |
| 2.1 硅基光波导 |
| 2.2 硅基可调光衰减器 |
| 2.3 硅基多模干涉耦合器 |
| 2.4 硅基热光开关 |
| 2.5 硅基微环谐振腔 |
| 2.6 多功能可重构集成光子滤波器 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 基于氮化硅微环的可重构微波光子滤波器 |
| 3.1 基于光学滤波器的微波光子滤波原理 |
| 3.2 基于非平衡ODSB的可重构微波光子滤波器 |
| 3.3 基于可调光频梳的可重构微波光子滤波器 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 单通道光开关切换光波导型可调光延时线芯片 |
| 4.1 OBFN原理概述 |
| 4.2 可调光延时线芯片设计 |
| 4.3 可调光延时线芯片制备与测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 多通道硅基光波束形成网络芯片 |
| 5.1 多天线阵列系统波束控制原理 |
| 5.2 四通道OBFN芯片 |
| 5.3 二维光波束形成网络芯片 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的研究论文 |
| 后记 |
（10）基于倒脊型SU-8波导的热可调谐布拉格光栅滤波器研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 集成光学的概述 |
| 1.2 集成光学器件概述 |
| 1.3 滤波器件的相关研究 |
| 1.3.1 基于马赫曾德尔干涉仪的滤波器 |
| 1.3.2 基于微环结构的滤波器 |
| 1.3.3 基于光栅结构的滤波器 |
| 1.4 热可调滤波器的研究现状 |
| 1.4.1 基于微环谐振器结构的热可调滤波器 |
| 1.4.2 基于布拉格光栅结构的热可调滤波器 |
| 1.5 本论文的主要内容与创新点 |
| 2 光波导与布拉格光栅的理论分析 |
| 2.1 光波导的理论分析 |
| 2.2 布拉格光栅的理论分析 |
| 2.2.1 耦合模理论法 |
| 2.2.2 传输矩阵法 |
| 2.2.3 数值计算法 |
| 2.2.4 光栅结构仿真分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 倒脊型SU8波导热可调布拉格光栅滤波器 |
| 3.1 脊型SU-8波导的结构设计 |
| 3.2 倒脊型SU-8波导热可调布拉格光栅滤波器结构设计 |
| 3.3 倒脊型SU-8波导布拉格光栅滤波器的实验制备 |
| 3.4 倒脊型SU-8波导布拉格光栅滤波器的测试及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 可见光波段倒脊型SU-8波导热可调光栅滤波器 |
| 4.1 水下光通信概述 |
| 4.2 可见光波段倒脊型SU-8波导热可调布拉格光栅滤波器的设计 |
| 4.3 倒脊型SU-8波导布拉格光栅滤波器的实验制备 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
四、9.4 nm Tunable Vertically Coupled Microring Resonator Filter by Thermo-Optic Effect（论文参考文献）
- [1]面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究[D]. 许弘楠. 浙江大学, 2021(01)
- [2]光载射频信号处理若干技术及应用研究[D]. 陈光. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]级联双环增强傅里叶变换芯片光谱仪研究[D]. 王彦禄. 长春理工大学, 2021(02)
- [4]基于片上微环滤波器的光纤传感器解调方法研究[D]. 李敏轩. 西北大学, 2021(12)
- [5]光学回音壁模式微腔的制备及其可调谐性能研究[D]. 王红侠. 兰州大学, 2021
- [6]复合回音壁光学微腔热振荡效应研究[D]. 程肯. 北京邮电大学, 2021(01)
- [7]高性能硅光滤波器及其应用研究[D]. 刘大建. 浙江大学, 2021(01)
- [8]针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化[D]. 宋婷婷. 西南大学, 2021(01)
- [9]硅基微波光子滤波和延时集成芯片研究[D]. 郑鹏飞. 东南大学, 2021(02)
- [10]基于倒脊型SU-8波导的热可调谐布拉格光栅滤波器研究[D]. 程方圆. 浙江大学, 2021(09)