基于楷形波导对硅基无源器件的研究及优化

发布时间：2021-07-14 08:43

　　随着光通讯、计算机和互联网等信息产业的高速发展,人们对信息容量、速度以及成本有了更高的要求,而传统的电互联技术,由于其自身的局限性,已经无法满足人们的这种需求。因此,光互连技术应运而生,其中基于硅基的片上光互连技术凭借自身独特的优势吸引了越来越多研究者和企业的关注。然而,硅基光子片上集成仍旧很难实现,是由于硅基光子学领域存在很多难题,例如硅基光器件的损耗和尺寸问题,致使它们很难达到商用的标准。本文将围绕基于楔形波导（taper）对硅基无源器件的研究及优化展开,详细地分析了反向taper在减小硅基波导端面反射方面的作用以及taper对硅基无源器件进行优化的位置和作用。本论文的工作在减小硅基光器件的损耗和尺寸方面起到了极大的推动作用,有利于以后硅基片上光子集成的实现。论文的具体安排如下:首先讲述了硅基光子学的发展状况和自身优势,并给出了四种可以基于楔形波导进行优化的硅基无源器件的主要结构和研究进展,它们包括硅基端面耦合器、阵列波导光栅、波导交叉和多模干涉耦合器。其次介绍了与本论文密切相关的两方面基本理论知识,一方面是光波导的理论、公式及模式分析;另一个方面介绍了 FDTD算法的理论,分析了... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 硅基光电子学
    1.3 主要硅基无源器件的研究进展
        1.3.1 硅基端面耦合器
        1.3.2 阵列波导光栅AWG
        1.3.3 多模干涉MMI耦合器
        1.3.4 波导交叉
    1.4 本论文的主要工作及创新点
    参考文献
第2章 光波导理论及数值分析
    2.1 光波导基本理论
    2.2 平板波导的模式分析
    2.3 时域有限差分法(FDTD)
        2.3.1 FDTD研究背景及现状
        2.3.2 FDTD的主要应用
        2.3.3 FDTD的基本原理
    2.4 本章小节
    参考文献
第3章 硅基波导端面反射的优化
    3.1 FDTD仿真模型的设计
    3.2 影响硅基波导端面反射关键参数的研究
        3.2.1 Taper的长度
        3.2.2 Taper的尖端宽度
        3.2.3 入射光波长wavelength
        3.2.4 Taper的形状
    3.3 实验测试模型
    3.4 实验结果
        3.4.1 驻波的形成
        3.4.2 实验结果与仿真结果对比
    3.5 本章小节
    参考文献
第4章 四种硅基无源器件的优化
    4.1 硅基端面耦合器SSC
        4.1.1 模场直径和模场面积
        4.1.2 端面耦合测试系统
    4.2 阵列波导光栅AWG
        4.2.1 AWG的基本原理和性能指标
        4.2.2 AWG中楔形波导的优化
    4.3 波导交叉
    4.4 多模干涉耦合器MM
    4.5 本章小结
    参考文献
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
攻读硕士期间学术成果


【参考文献】：
期刊论文
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[2]摩尔定律的过去、现在和未来[J]. 戴锦文,缪小勇.  电子与封装. 2015(10)
[3]硅基光子集成研究进展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中.  物理学报. 2014(10)
[4]光电互联技术及其发展[J]. 周德俭,吴兆华.  桂林电子科技大学学报. 2011(04)
[5]端面反射对SG-DBR激光器性能的影响[J]. 刘扬,潘教青,王宝军,边静,安欣,赵玲娟.  光电子.激光. 2010(11)
[6]摩尔定律的困难与前景——从摩尔第二定律谈起[J]. 纪磊.  科技导报. 2006(07)
[7]用于相干接收的锥形多模干涉合波器(英文)[J]. 武志刚,张伟刚,王志,开桂云,袁树中,董孝义,宇高胜之,和田恭雄.  半导体学报. 2006(02)
[8]1×8阵列波导光栅型波分复用/解复用器设计的一种简单方法[J]. 欧海燕,雷红兵,杨沁清,余金中,王启明,胡雄伟.  半导体学报. 2000(08)
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本文编号：3283808