多信道全光信号处理及器件集成的基础研究

全光信号处理是下一代高速光通信网络中特别是网络节点处的关键功能，是目前国际上的研究热点。全光信号处理技术要能在多波长光网络中得到实用，必须具备多信道并行操作的能力，目前国内外在多信道全光信号处理上尚处于初级阶段。全光信号处理获得大规模实际应用的前提是相关光电子器件的集成化。在前期研究工作的基础上，本项目提出利用基于半导体光放大器和延时干涉仪单片集成器件来实现多种功能的多信道的全光信号处理，针对半导体光放大器增益动态特性和超快非线性效应改善的目标对器件结构和性能参数进行优化设计，提出半导体光放大器的多信道理论模型，阐明半导体材料带隙波长漂移的机理，突破半导体光放大器和延时干涉仪单片集成的关键工艺，实现40Gb/s 的8信道全光信号再生、码型转换、高级调制格式解调等功能，并以此为突破口，开拓其他多通道全光信号处理功能器件的集成。

本项目提出利用基于半导体光放大器SOA和延时干涉仪DI器件来实现多种功能的多信道全光信号处理。针对SOA增益动态特性和超快非线性效应改善的目标对器件结构和性能参数进行优化设计，提出半导体光放大器的多信道理论模型，阐明半导体材料带隙波长漂移的机理，突破器件集成的关键工艺，实现40Gb/s 的8信道全光信号再生、码型转换、高级调制格式解调等功能，并以此为突破口，开拓其他多通道全光信号处理功能器件的集成。项目研究以来，我们严格按照课题计划和目标进行研究，总体上来说，研究工作完成较好，项目经费使用合理。在理论研究、器件工艺和实验方案验证等方面均完成了预期的研究目标。具体概述如下：.1..器件机理及优化设计.对器件机理进行了深入研究，优化器件设计和工作参数，使其能应用于多通道并行处理。在传统SOA模型基础上，充分考虑多波长同时在SOA中对其载流子进而对各种非线性效应的影响，建立了完整的多信道模型，能实现从材料组分、能带结构，到动态特性，以及后续串接滤波器等级联结构的分析计算。研究了量子阱半导体光放大器（QW-SOA）的超快动态特性机理，针对不同的应用建立了完善的面向不同速率需求的SOA动态模型，并能实现对SOA中各种非线性效应的选择性增强。.2..多信道并行信号处理新方案及器件.在理论分析的指导下，提出并实现了多种多信道全光信号处理原创性新方案，包括只利用到DI的线性处理以及利用到SOA加DI的非线性处理。针对传统调制OOK格式和高级调制格式（DPSK、QPSK等），在提升单通道速率、增加信道数等方面进行了深入研究，提出并实现了最高8*100Gb/s的并行码型转换、信号再生、时钟恢复、信号解调等功能。还将并行信号处理扩展到多维复用领域，提出了针对多维复用信号处理的新思路和多种Si基新器件。.3..单片集成工艺探索及器件制作.对InP基的单片集成工艺进行了深入探索，在突破基本工艺基础上，重点对量子阱混杂和选择区域生长两种单片集成技术进行了深入摸索。通过光刻、掩膜刻蚀、波导刻蚀、套刻、电极溅射与金属剥离、减薄、解理等工艺，成功实现了InP基无源和有源器件，并进行了通光测试。.在项目资助下，在国际主流期刊上发表SCI索引文章21篇，国际会议报告4篇，授权国家发明专利4项，申请1项。项目负责人获教育部新世纪优秀人才计划，还培养了一批研究生。