面向高级调制格式的混合集成光子器件研究

差分正交相移键控（DQPSK）等高级调制格式对于提高高速光纤通信系统的接收灵敏度、改善色散与非线性容差，以及提高频谱效率有重要意义。本项目将研究利用半导体电吸收（EA）调制器与硅基平面光波回路（PLC）混合集成光子器件实现DQPSK调制格式，以克服传统LiNbO3调制器在器件尺寸和驱动电压等方面的限制。将充分利用混合集成的优势，提出基于EA调制器的低插入损耗DQPSK调制器结构，同时开展适用于混合集成工艺的EA调制器的结构设计与制作技术研究，重点解决具有大耦合容差的模斑转换及模式转换结构的设计与制作，并对包括直接键合技术在内的混合集成工艺进行摸索。本项目的研究对于探索实现小尺寸、低功耗的复杂结构光子集成器件的新途径具有重要意义。

针对项目提出的支持高级调制格式光纤通信的新型光子集成器件，我们重点开展了面向新型光子集成的低温键合技术、新型半导体光调制器结构设计与制作、高性能半导体光探测器、高速光子集成器件的封装技术等方面的研究。同时，针对光子集成器件在光纤-无线接入网络中的应用这一全新领域，开展了一系列探索性研究。. 项目开发出基于晶片表面亲水/疏水处理的表面活化技术，可以实现InP材料与SOI晶片的低温键合，为混合光子集成提供了新方案。针对提高调制器饱和光功率并降低驱动电压的目标，项目提出垂直波导耦合结构EA调制器、微环结构EA调制器，n-i-n型半导体电光调制器等新型半导体光调制器结构，并进行了原型器件的制作和测试，初步验证了设计方案的可行性。项目提出并实现了背靠背叠层UTC-PD结构，可以同时实现高响应度、高饱和光功率、大带宽的特性。项目针对高速光子集成器件的模块封装，优化了集成光源结构，并设计出可有效实现高频调制信号馈送的微波馈线，成功研制出应用于我国首个40 Gb/s光纤通信系统的集成光源发射模块。同时，项目将集成半导体激光器应用于光纤-无线接入网络，提出了新型的基于半导体集成差频光源的低相位噪声毫米波产生技术，实验验证了光子集成器件有助于改善光生微波信号的相位噪声特性，为光子集成技术在未来光纤-无线接入网络中的应用提供了新思路。