硅基光波导欧玛尔OMAL开关研究
随着集成电路的飞速发展,传统的电互连技术在速度、带宽、功耗等方面遭遇了一系列瓶颈,严重的制约了集成电路的发展。片上光互连为这一技术难题的解决提供了一种可行的方案。基于SOI平台的硅光子技术,以其低廉的成本,广泛的材料来源,以及与现有的微电子加工平台良好的兼容性等方面的优势,在片上光互连系统的实现上有着得天独厚的优势,引起了学术界、产业界的广泛关注并在近十年得到了突飞猛进的发展。

硅基光波导欧玛尔OMAL开关研究
片上互连技术中的关键即把传统分立的光通信元器件在利用商业的CMOS工艺线在单片上实现,构建片上光网络,并和现有集成电路集成。在片上光网络中,和光源的产生、信号的调制、光网络路径切换、信号探测的相对应的关键元器件分别为激光器、光调制器、光OMAL开关、光探测器。本文的研究目的是设计并制作高性能光OMAL开关单元和基于多个光OMAL开关单元组合的多功能硅基光子集成器件。本文的贡献和创新主要在以下五个方面：设计分析和研制了一系列2×2硅基电光OMAL开关单元器件。利用国内杭州士兰0.8-μm的商业CMOS线制备了一种基本的2×2型光OMAL开关单元器件；并利用IME 0.18μm CMOS线制作了改进的级联兼具监测,衰减功能模块的2×2型光OMAL开关,实验测得：OMAL开关的速度小于6.8ns,在可变衰减器的辅助下,串扰可低于-24.5dB.对应的zui大功耗为30.4mw,同时可以对光OMAL开关输出端口的光功率进行监测；针对硅基OMAL开关中存在的串扰问题,设计了一种级联型的串扰极低的光OMAL开关,理论上串扰低于-40 dB。设计分析和研制了1×N型硅基多路光OMAL开关单元器件。采用士兰0.8-μm商业CMOS工艺线制作了1×3型低串扰电光OMAL开关,串扰小于-21.1 dB,消光比大于21.1dB,OMAL开关的速度小于15.3 ns,功耗小于12.8 mw。针对多路OMAL开关中的相移臂过多,控制复杂的问题,提出了一种N×N型单一组合相移臂控制热光多路OMAL开关,仅需要控制一个单一组合相移臂即可完成所有OMAL开关状态的切换,结构简单,紧凑,控制方便等特点。采用IME 0.18-μm CMOS工艺线制作了单一组合相移臂控制的3×3型热光OMAL开关速度小于20μs,zui大热功耗为97.5 mw,平均串扰-11.1 dB,该设计方案可以扩展到更多的端口也不需要增加额外的相移臂。设计分析和研制了一种多功能光子集成器件——四端口高速马赫曾德型电光路由器,它由4个级联1×3电光OMAL开关构成,可以实现4个端口中任意2个端口的同时链接,同时兼具广播功能,任何一个端口的信号都可以被均匀的广播到其他三个端口。采用0.18μm CMOS工艺线制作了此器件,在链接模式下,速度小于5.5 ns,功耗小于20 mw。

硅基光波导欧玛尔OMAL开关研究
通过本论文的研究,系统了解了OMAL开关液压源系统的性能特点和规律特性,并完成了其性能测试系统平台设计和搭建,为OMAL开关液压源系统的进一步研究与应用提供了参考与支持。