硅基类行波F-P谐振腔光子器件研究
发布时间：2020-09-07 21:12
微电子极大推动了人类生活的发展,随着对传输速率和带宽的要求,传统电互联慢慢不满足发展的需要。硅基光子学因其高传输带宽、低成本等优势广泛用于光学芯片、光学计算和光纤通信领域中。上下话路滤波器是实现波长复用系统的关键组件,实现上下话路滤波器性能的结构主要是微环谐振器和光子晶体。随着微环半径的减小,环内的弯曲损耗增大。同时,微环谐振腔的输入端和输出端在同一侧,级联时额外的交叉增加器件的设计复杂度,也增加了整体谐振腔的尺寸。光子晶体波导和单腔组成的上下话路结构的下话路端效率不高。增加到两个腔的干涉相消可以提高下话路端效率,但增加器件尺寸。此外,光子晶体的制作工艺复杂,工艺重复性差。基于以上背景,本论文将介绍一种基于类行波法布里珀罗谐振腔(Fabry Pérot Resonator,简称F-P腔)结构的新型上下话路滤波光子器件。该新型光子器件利用单个谐振腔,不需要额外的设计结构就实现光波定向传播,有着设计灵活、尺寸小,低损耗的优势。类F-P腔由一个直波导和两个模式反射镜组成,尺寸为34.5×1μm~2;模式反射镜反射效率达到95%,带宽80nm以上。该上下话路滤波器仿真模拟得到下话路端效率93%,品质因子达到1300。目前制作的上下话路滤波器,谐振波长处的下话路端效率也能达到68%,仅有8%的光留在直通端,品质因子为1007。增大腔长L到600μm时,品质因子可达到22000。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN25
【部分图文】：
图 1 1 MIT 等合作制作的光电集成器件[10]硅基光子学的优势很多，但长远的发展主要依赖于低成本和光电集成的优势批量的企业和高校进入，目前的研究热点已经从单个功能器件的测试和性能到了片上光电集成领域。2015 年，麻省理工学院(Massachusetts Instituhnology, Cambridge)等相关人员首次实现了以光波作为载体进行数据传输的微并探索了在不改变工艺条件下实现制造的方法[9]。随后的 2018 年，又在 Natu文章，图 1 1 是利用 65nm 工艺实现将最先进的微电子芯片和光学器件集成芯片上[10-11]。主要实现方法是在光传输部分生长一层新材料，以此实现片上而不对电通信产生负面影响。硅基光子学研究的器件主要有滤波器和耦合器在内的硅基无源光波导器件，，硅基光调制器和硅基光探测器。由于硅材料的间接带隙特性，硅基光源一直决的困难。研究人员利用掺杂，者硅的非线性效应如拉曼效应，或者通过键合混合硅激光器，可实现硅的发光[12-13]。硅基光调制器也取得了很大发展。热光
1 2 微环谐振腔与光子晶体组成的器件:（a）两微环级联谐振腔组成同向传输 Add-Drop器器件[28]和（b）光子晶体组成的 Add-Drop 滤波器[30]输，可以达到很高的下话路端耦合效率。然而，微环谐振腔实现上下话路滤波存在一些不足。硅材料高折射率差支持微环实现小的弯曲半径，但随着环形径的进一步减小，对于小尺寸的器件[35]，环内的弯曲损耗增大，也会降低在耦合效率，同时影响器件的品质因子。同时，由于微环谐振腔的输入端和输出侧[28]，为实现同向传输，如图 1 2(a)，对于 2×2 器件通过级联可实现同向传需要额外的交叉，或需要额外的反射结构和需要模式是匹配等条件，这样增的设计复杂度，也增加了整体谐振腔的尺寸[36]。
1 2 微环谐振腔与光子晶体组成的器件:（a）两微环级联谐振腔组成同向传输 Add-Drop 滤器器件[28]和（b）光子晶体组成的 Add-Drop 滤波器[30]传输，可以达到很高的下话路端耦合效率。然而，微环谐振腔实现上下话路滤波器然存在一些不足。硅材料高折射率差支持微环实现小的弯曲半径，但随着环形谐半径的进一步减小，对于小尺寸的器件[35]，环内的弯曲损耗增大，也会降低在下的耦合效率，同时影响器件的品质因子。同时，由于微环谐振腔的输入端和输出端一侧[28]，为实现同向传输，如图 1 2(a)，对于 2×2 器件通过级联可实现同向传输时需要额外的交叉，或需要额外的反射结构和需要模式是匹配等条件，这样增加件的设计复杂度，也增加了整体谐振腔的尺寸[36]。
本文编号：2813840
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN25
【部分图文】：
图 1 1 MIT 等合作制作的光电集成器件[10]硅基光子学的优势很多，但长远的发展主要依赖于低成本和光电集成的优势批量的企业和高校进入，目前的研究热点已经从单个功能器件的测试和性能到了片上光电集成领域。2015 年，麻省理工学院(Massachusetts Instituhnology, Cambridge)等相关人员首次实现了以光波作为载体进行数据传输的微并探索了在不改变工艺条件下实现制造的方法[9]。随后的 2018 年，又在 Natu文章，图 1 1 是利用 65nm 工艺实现将最先进的微电子芯片和光学器件集成芯片上[10-11]。主要实现方法是在光传输部分生长一层新材料，以此实现片上而不对电通信产生负面影响。硅基光子学研究的器件主要有滤波器和耦合器在内的硅基无源光波导器件，，硅基光调制器和硅基光探测器。由于硅材料的间接带隙特性，硅基光源一直决的困难。研究人员利用掺杂，者硅的非线性效应如拉曼效应，或者通过键合混合硅激光器，可实现硅的发光[12-13]。硅基光调制器也取得了很大发展。热光
1 2 微环谐振腔与光子晶体组成的器件:（a）两微环级联谐振腔组成同向传输 Add-Drop器器件[28]和（b）光子晶体组成的 Add-Drop 滤波器[30]输，可以达到很高的下话路端耦合效率。然而，微环谐振腔实现上下话路滤波存在一些不足。硅材料高折射率差支持微环实现小的弯曲半径，但随着环形径的进一步减小，对于小尺寸的器件[35]，环内的弯曲损耗增大，也会降低在耦合效率，同时影响器件的品质因子。同时，由于微环谐振腔的输入端和输出侧[28]，为实现同向传输，如图 1 2(a)，对于 2×2 器件通过级联可实现同向传需要额外的交叉，或需要额外的反射结构和需要模式是匹配等条件，这样增的设计复杂度，也增加了整体谐振腔的尺寸[36]。
1 2 微环谐振腔与光子晶体组成的器件:（a）两微环级联谐振腔组成同向传输 Add-Drop 滤器器件[28]和（b）光子晶体组成的 Add-Drop 滤波器[30]传输，可以达到很高的下话路端耦合效率。然而，微环谐振腔实现上下话路滤波器然存在一些不足。硅材料高折射率差支持微环实现小的弯曲半径，但随着环形谐半径的进一步减小，对于小尺寸的器件[35]，环内的弯曲损耗增大，也会降低在下的耦合效率，同时影响器件的品质因子。同时，由于微环谐振腔的输入端和输出端一侧[28]，为实现同向传输，如图 1 2(a)，对于 2×2 器件通过级联可实现同向传输时需要额外的交叉，或需要额外的反射结构和需要模式是匹配等条件，这样增加件的设计复杂度，也增加了整体谐振腔的尺寸[36]。
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
1 戴道锌;王健;陈思涛;;硅基片上复用—解复用技术与器件[J];电信科学;2015年10期
2 周培基;李智勇;俞育德;余金中;;硅基光子集成研究进展[J];物理学报;2014年10期
3 余金中;;硅光子学的研究和发展趋势[J];激光与光电子学进展;2006年12期
4 王阳元;历史机遇和我国微电子发展之路[J];中国集成电路;2005年03期
5 余金中;支撑光网络发展的硅基光电子技术研究[J];物理;2003年12期
相关博士学位论文 前1条
1 胡挺;基于微环谐振器滤波特性的硅基光子器件研究[D];浙江大学;2014年
本文编号：2813840
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