光子晶体AAH腔电光调制器的研究

发布时间：2020-10-21 07:19

　　 随着信息化进程的推进,人们迫切地希望信息传输能够效率更高、速度更快。在现有的多种信息载体中,光是最为理想的。以光为信息载体的光网络可以极大满足人们对信息传输高速化、高效化的要求。电光调制器作为光网络中的重要器件之一,受到了人们广泛的关注。该类器件以电学效应控制光信号的调制与传输,实现了通信媒介由电到光的转变,极大促进了全光网络的发展。近年来集成光学已经成为光电子器件领域的发展趋势,基于光子晶体的电光调制器具有低损耗、高消光比、低功耗、尺寸小易于集成等优点,开展对基于光子晶体的电光调制器件的研究具有重要的应用价值。本文首先对硅基载流子色散效应理论和Aubry-Andr(?)-Harper(AAH)理论模型进行了研究,在此基础上提出了一种基于AAH谐振腔的光子晶体电光调制器的模型——在硅基平板上刻蚀圆形空气孔形成三角型晶格的光子晶体结构,在二维光子晶体线缺陷处引入AAH谐振腔,并通过掺杂在线缺陷波导处形成p-n结。鉴于AAH谐振腔结构特性,设计了三个晶格失配参数不同的谐振腔调制器,这三个器件均利用缺陷模迁移原理实现光调制。利用Lumerical仿真软件中的FDTD Solution模块和Device模块对这结构分别进行光学仿真和电学仿真,优化器件的结构并分析各参数对调制器性能的影响,通过对比给出性能最优的结构。根据仿真结果将本文三个晶格失配参数不同的调制器的性能进行对比分析,当晶格失配参数为β=8898.0时器件性能达到最优,器件的长度为9.03μm,3dB带宽为1.01nm,折射率差达到0.01时可以实现波长为1550nm的TE模调制,且器件的插入损耗为1.19dB,消光比为29.89dB,此时工艺误差对其性能的影响较小。与现有成果相比,该基于AAH谐振腔的光子晶体调制器尺寸小易于集成,且具有高消光比,对于硅光子集成器件具有重要意义。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN761
【部分图文】：

(a)一维光子晶体 (b)二维光子晶体 (c)三维光子晶体图 1.1 光子晶体结构示意图1.1.2 光子晶体基本特性光子晶体具有许多有趣的物理特性，本文主要对以下三种特性进行详细的描述：光子禁带、光子局域和抑制自发辐射：（1）光子禁带与固体物理领域的能带结构的概念相类似，光子禁带(photonic band gap, PBG)是周期性光

导调制器相比，体调制器存在功耗高、体积大、不利于光电调制器展开研究。照波导结构的不同可以大致划分为以下三种：脊波导结构调调制器和狭缝波导结构调制器，下面主要对这三类波导结构制器云、陈树强等人[23]研究设计出了以脊波导结构为基础的波导波导调制器的基础上，将部分折射率较大的铌酸锂用折射率通过减小微波等效折射率的方式来提高传统调制器的带宽。 1.2(a)是调制器的剖面图，纵向呈马赫曾德尔型，图 1.2(b)为

学位论文 度电极制作技术。尖端技术研究院的 Kim Kinam 等人[25]研究设计出了光调制器，器件结构如图 1.3 所示，该调制器脊波导调制器的长度为 35um，其 3dB 带宽达到了 55GHz。
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