用于光互連的基于硅納米線的陣列波導光柵路由器的研究.pdf

1、基于光互連的高性能計算機和數(shù)據(jù)中心是近年來國際科學界的一個熱點研究方向，其研究目標是通過采用全光的數(shù)據(jù)傳輸、通信及路由，突破現(xiàn)有的電子互連網(wǎng)絡的瓶頸，實現(xiàn)高性能、高可擴展性、低功耗以及低延遲時間的光互連網(wǎng)絡，從而滿足未來數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的需求。基于硅納米線的陣列波導光柵路由器被普遍認為是下一代高性能計算機和數(shù)據(jù)中心光互連架構的核心光無源器件。一方面，基于硅納米線波導的陣列波導光柵具有結構緊湊、性能穩(wěn)定、性價比高以及與CMOS工藝兼容等優(yōu)勢;

2、另一方面，以N×N的矩陣形式構成的陣列波導光柵路由器，能夠在不同信道同時傳輸Ⅳ路信號，具有高帶寬和很好的可擴展性。再加上其易與其他光器件集成，構成多功能器件和系統(tǒng)的優(yōu)點，因而，硅納米線陣列波導光柵路由器可以充分滿足下一代高性能計算機和數(shù)據(jù)中心光互連的需求。
　　近幾年來，國內(nèi)外對硅納米線陣列波導光柵路由器的研究主要是針對細波分復用（DWDM，波長間隔為0.8nm和3.2nm）光互連的應用，對應用于粗波分復用(CWDM)光互連的陣列

3、波導光柵路由器的研究尚屬空白。因此，本文對工作于1550nm波段，通道間隔為5nm、10nm以及20nm的硅納米線陣列波導光柵路由器進行了設計、制作及測試的整個工程體系的研究。
　　文章首先詳細地介紹了陣列波導光柵。介紹了陣列波導光柵的基本原理，包括它的幾何結構、工作原理和基本特性。然后，介紹了基于硅納米線的陣列波導光柵的研究歷程，介紹了基于其他材料平臺的陣列波導光柵，包括基于硅基二氧化硅的陣列波導光柵、基于磷化銦的陣列波導光柵、

4、基于氮化硅的陣列波導光柵等，并對不同材料平臺的陣列波導光柵的性能和特點進行了比較。
　　接著，基于光互連對光子器件溫度不敏感的要求，文章分析了溫度對陣列波導光柵中心波長的影響。同時，分別介紹了硅基二氧化硅無熱陣列波導光柵和硅納米線無熱陣列波導光柵的研究現(xiàn)狀。此外，針對硅納米線無熱陣列波導光柵的陣列波導的制作容差較小這一問題，我們提出一種引入輸入/輸出自由傳輸區(qū)作為溫度補償區(qū)域的方法，增加一個或多個自由度，提高了陣列波導寬度的制作容

5、差。
　　然后，文章介紹了陣列波導光柵路由器的研究歷程，介紹了在本論文的研究工作進行的同時，國內(nèi)外同行對硅納米線陣列波導光柵路由器的研究進展。隨后，我們探討了硅納米線陣列波導光柵路由器的基本設計方法，以一個4×4通道間隔為10nm的硅納米線陣列波導光柵路由器作為設計實例，研究了其基本的設計流程和數(shù)值仿真方法。此外，文章分析了當硅納米線陣列波導光柵路由器的自由光譜范圍較大時，邊緣通道的輸出波長出現(xiàn)較大頻率偏差的問題。
　　緊接

6、著，文章介紹了硅納米線陣列波導光柵路由器掩膜設計方法，開發(fā)了一套硅納米線陣列波導光柵路由器的制作流程，詳細研究了光刻工藝、硅深刻蝕工藝等關鍵工藝。此外，我們采用端面耦合法和光柵耦合法，搭建了兩套硅納米線陣列波導光柵路由器的測試系統(tǒng)。文章對制作的通道數(shù)為4和8，通道間隔為5nm、10nm和20nm的硅納米線陣列波導光柵路由器進行了測試，器件的損耗在2.5dB與6dB之間，串擾在-12dB與-18dB之間，具有較好的性能。同時，文章以4×4