基于微环谐振器的传输特性及温度传感特性研究
发布时间：2021-07-29 10:44
随着信息技术的快速发展,作为其支柱之一的传感技术由于承载着现实世界中信息提取的任务,发展势头迅猛。温度传感器已经广泛应用到工业生产、医疗诊断、农业监测、日常生活等各个领域。人们对传感器件小型化、集成化、高性能等方面的要求越来越高,而以光波导为媒体的微型光学传感器件由于其较高的灵敏度,较强的抗电磁干扰能力及良好的可集成性获得了广泛的研究及关注;微环谐振器作为集成光学中的重要组成单元,具有结构紧凑、设计灵活、可集成度高等优点。光学传感器件通过光波导表面消逝场的作用来检测外界环境指标的变化,具有高品质因数、低成本、良好的热光效应的硅基微环谐振器在这方面的应用更受关注。本文以硅基微环谐振器为主要单元,从其基本传输特性展开研究,分析了其它复合结构谐振器的传输特性,围绕提高其测量范围和检测灵敏度,提出了具有较优性能的改进型器件结构。采用散射矩阵模型进行了理论分析,并结合基于时域有限差分法（FDTD）的仿真软件对其传输特性进行了模拟仿真。主要工作包括以下几点:（1）介绍了主要组成单元微环谐振器的相关理论和工作原理,采用传输矩阵法对其基本结构的传输特性进行了研究。建立其三维结构模型,对这几种结构的传输...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
英特尔公司研制的硅基光调制器
兰州交通大学硕士学位论文-3-这些不同功能的器件很难集成起来。而硅材料在集成电路工业中使用范围广泛，标准化的制造工艺和生产线减少了成本，使其价格比较低廉，而且各种加工工艺已经越来越成熟[26]，所以硅材料为光子器件的发展提供了较为理想的材料和平台，可以大幅提高光子器件的可集成度并使其具有大规模低成本生产的潜力。我国国内包括中科院半导体研究所、北京大学、浙江大学、上海交通大学[27,28]等科研机构和高校也在积极进行该领域的研发，像上海交通大学课题组实现了多种无源和有源核心器件，像新型自耦合谐振器，能同时激发两个反向传输的简并模式，实现谐振频率的精确对准和同步调控，比传统级联微环谐振器更紧凑，可作为光子信息处理的基本单元。除此之外，其他一些著名的科技公司像华为、IBM等在硅基光子学领域也投入了研发，并取得了很多进展。IBM宣布已经把硅光子芯片集成到与当前CPU相同的封装尺寸[29]，图1.2为IBM公司研发的全整合式分波多工光子芯片。图1.2IBM的全整合式分波多工光子芯片华为加拿大分公司为了推动通信技术和高性能计算产业的发展，研发了低损耗热光型硅光开关以用来应对日益增长的网络流量。图1.3（a）为具有热下切的热光MZ（Mach–Zehnder）移相器示意图；同时华为研究人员为了防止光学串扰，确保从开关发出的光信号清晰准确，设计了大型开关阵列，如图1.3（b）所示，图中显示的架构表示一个32×32硅光开关阵列，其中包含448个“2×2”的MZ热光开关单元，每列中都有一条光路穿过其中一个单元，通过对这些单元施加适当的交叉或直通驱动功率可对光路的路径进行定义。对开关供电会使底层波导升温并产生必要的pi相移，从而使信号沿选定的路径传播。
基于微环谐振器的传输特性及温度传感特性研究-4-图1.3华为分公司研发的（a）具有热下切的热光MZ移相器（b）包含448个“2×2”热光MZ单元的“32×32”开关阵列原型机1.3微环谐振器研究现状在众多的功能各异的集成光学器件中，微环谐振器由于其突出的特性在很多无源和有源光器件中都有广泛应用，因其具有结构紧凑、功能多样、可集成度高等优点[30-33]，受到了国内外学者的热切关注。在1969年，美国贝尔实验室的Marcatili就提出了环形谐振器的结构[34]，如图1.4所示。Haavisto等人在1980年也实现了基于微环谐振腔的光学器件[35]。由于当时光学器件的制作工艺和材料的原因，其发展进程比较缓慢。图1.4环形谐振器结构图
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种包含非线性光学效应的硅基微环稳态模型[J]. 桂林,左健存,吴中林,王胜利. 光学学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于硅基光波导的光信号处理[D]. 桂成程.华中科技大学 2016
[2]新型微环谐振器及其传感特性研究[D]. 李欣.哈尔滨工业大学 2015
[3]微环谐振器的传输机理及传感特性研究[D]. 郭士亮.燕山大学 2014
硕士论文
[1]硅基光学微环谐振器及其应用研究[D]. 涂正瑞.华中科技大学 2018
本文编号：3309180
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
英特尔公司研制的硅基光调制器
兰州交通大学硕士学位论文-3-这些不同功能的器件很难集成起来。而硅材料在集成电路工业中使用范围广泛，标准化的制造工艺和生产线减少了成本，使其价格比较低廉，而且各种加工工艺已经越来越成熟[26]，所以硅材料为光子器件的发展提供了较为理想的材料和平台，可以大幅提高光子器件的可集成度并使其具有大规模低成本生产的潜力。我国国内包括中科院半导体研究所、北京大学、浙江大学、上海交通大学[27,28]等科研机构和高校也在积极进行该领域的研发，像上海交通大学课题组实现了多种无源和有源核心器件，像新型自耦合谐振器，能同时激发两个反向传输的简并模式，实现谐振频率的精确对准和同步调控，比传统级联微环谐振器更紧凑，可作为光子信息处理的基本单元。除此之外，其他一些著名的科技公司像华为、IBM等在硅基光子学领域也投入了研发，并取得了很多进展。IBM宣布已经把硅光子芯片集成到与当前CPU相同的封装尺寸[29]，图1.2为IBM公司研发的全整合式分波多工光子芯片。图1.2IBM的全整合式分波多工光子芯片华为加拿大分公司为了推动通信技术和高性能计算产业的发展，研发了低损耗热光型硅光开关以用来应对日益增长的网络流量。图1.3（a）为具有热下切的热光MZ（Mach–Zehnder）移相器示意图；同时华为研究人员为了防止光学串扰，确保从开关发出的光信号清晰准确，设计了大型开关阵列，如图1.3（b）所示，图中显示的架构表示一个32×32硅光开关阵列，其中包含448个“2×2”的MZ热光开关单元，每列中都有一条光路穿过其中一个单元，通过对这些单元施加适当的交叉或直通驱动功率可对光路的路径进行定义。对开关供电会使底层波导升温并产生必要的pi相移，从而使信号沿选定的路径传播。
基于微环谐振器的传输特性及温度传感特性研究-4-图1.3华为分公司研发的（a）具有热下切的热光MZ移相器（b）包含448个“2×2”热光MZ单元的“32×32”开关阵列原型机1.3微环谐振器研究现状在众多的功能各异的集成光学器件中，微环谐振器由于其突出的特性在很多无源和有源光器件中都有广泛应用，因其具有结构紧凑、功能多样、可集成度高等优点[30-33]，受到了国内外学者的热切关注。在1969年，美国贝尔实验室的Marcatili就提出了环形谐振器的结构[34]，如图1.4所示。Haavisto等人在1980年也实现了基于微环谐振腔的光学器件[35]。由于当时光学器件的制作工艺和材料的原因，其发展进程比较缓慢。图1.4环形谐振器结构图
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种包含非线性光学效应的硅基微环稳态模型[J]. 桂林,左健存,吴中林,王胜利. 光学学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于硅基光波导的光信号处理[D]. 桂成程.华中科技大学 2016
[2]新型微环谐振器及其传感特性研究[D]. 李欣.哈尔滨工业大学 2015
[3]微环谐振器的传输机理及传感特性研究[D]. 郭士亮.燕山大学 2014
硕士论文
[1]硅基光学微环谐振器及其应用研究[D]. 涂正瑞.华中科技大学 2018
本文编号：3309180
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