光互連和光交換以其傳輸容量大、速率高、無干擾、低功耗、I/O 功能強大等優(yōu)點,必將取代電互連與交換已成為人們的共識。同時,光互連與光交換能通過集成接收模塊、光發(fā)射模塊、空間光調(diào)制器等很好地與電系統(tǒng)連接,充分利用電系統(tǒng)提供的強大的邏輯處理能力,實現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能。光互連與交換技術(shù)包括兩方面的技術(shù),一是器件技術(shù),二是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成技術(shù)。器件技術(shù)包含光源列陣技術(shù)、列陣光調(diào)制與探測技術(shù)、光邏輯開關(guān)列陣技術(shù)、平面微光學(xué)器件技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)則包含網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計與光學(xué)實現(xiàn)等技術(shù)。光互連與光交換系統(tǒng)的發(fā)展史實際上是光電子器件的發(fā)展史。光互連與光交換系統(tǒng)的實現(xiàn)有賴于光開關(guān),光探測器,激光器等光電子器件的進展。

本文將就其中的光開關(guān)和光探測器等器件進行設(shè)計與研究。 本文首先提出了一種與偏振無關(guān)的雙向光纖光開關(guān),他通過對入射光進行偏振調(diào)制,使信號光以線偏光形式在光路中傳播,同時在輸出端將線偏光還原成初始信號光,這將大大減小了自由空間光開關(guān)中由于各元器件的偏振累加,而使光路中存在的偏振相關(guān)損耗。本文將闡述光開關(guān)的原理與矩陣分析,論證這種自由空間光開關(guān)的等程性,討論新型光開關(guān)結(jié)構(gòu)與性能(插入損耗與偏振相關(guān)損耗)。接著,本文將就的安裝調(diào)試中遇到的問題與解決方法做簡要陳述。

在探測器設(shè)計方面,由于硅資源豐富,以及硅基探測器能夠很好地與硅IC 電路兼容,但因為硅是間接帶隙材料,使得硅基探測器在性能方面存在很大的缺陷。本文將從工藝與結(jié)構(gòu)兩個方面就提高硅基光電探測器。從工藝上,本文將探討幾種傳統(tǒng)的集成工藝(雙極性工藝、CMOS 工藝、BiCMOS 工藝),然后我們將對這些工藝進行修改,使制作的硅基探測器在性能方面得到較明顯的提高。 從結(jié)構(gòu)上,本文將提出了一種共振腔增強性(RCE)結(jié)構(gòu)的探測器,它通過在兩端生長的布拉格反射器(DBR)構(gòu)成了一個法布里-珀羅(Fabry-Perot)光學(xué)諧振腔,由于腔的共振增強效應(yīng),將極大地增強了腔內(nèi)的光場強度,從而使器件可以在較薄的吸收層的情況下獲得較高的量子效率-帶寬積,從而大大提高了光電探測器的性能。本文將就這種新型結(jié)構(gòu)的探測器與傳統(tǒng)的探測器從性能參數(shù)上進行分析比較,最后將探討一種簡單的RCE 結(jié)構(gòu)的制作。