双波导布拉格光栅的设计、制作及其应用研究
发布时间：2021-08-17 12:54
波导布拉格光栅是集成光子学器件中的一个重要结构,具有设计灵活、结构紧凑、功能多样等优点,被广泛应用于电光调制器、色散补偿器、耦合器和半导体激光器等光器件。为了实现一些特定的功能,这些光栅一般都具有纳米尺度的相移、切趾或啁啾等。然而使用电子束刻蚀（Electron-beamlithography,EBL）制作这些具有特殊结构的光栅存在耗时长、成本高等问题。所以如何提高波导布拉格光栅的制作精度和降低制作成本,对于实现波导布拉格光栅的商业化非常重要。另外,自从Reid等人在1990年提出并将莫尔光栅（moire grating,MG）应用到D型光纤以来,由于其同时具有π相移和余弦切趾的特性,已经在光纤光栅上取得了长足的进步和发展。但是迄今为止,MG只是被制作在光纤和光致热敏折射率玻璃等光敏性材料上。究其原因,主要是双重曝光制作的均匀光栅的周期差大约只有0.1 nm,并且这种制作方法与传统的CMOS（Complementary Mental-Oxide Semiconductor）工艺不兼容。为了克服这个问题,我们提出了一种新型的波导MG结构,它是由位于波导两侧的周期具有微小差异的双波导布拉格...
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２光子集成分类??
??子形成的。图１．３（ｄ）?是一种通过在波导表面刻蚀周期性的凹槽形成的波导布??拉格光栅结构，是２００９年由德国柏林科技大学的Ｉｖａｎｏ?Ｇｉｕｎｔｏｎｉ等人在ＳＯＩ衬??底上制作得到的。??（ｂ）…：感遍??／７。＿?＇??删．＿｜＿丨＿??ａ?ｑ?ＭｉＲｉｉ??ｍｊ?ｎ??图１．３不同结构的波导布拉格光栅??上面介绍的这些波导布拉格光栅结构简单，并且制作工艺都与成熟的??ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ?Ｍｅｎｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ?Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）工艺相兼容。因此，波导布拉??格光栅在ＰＩＣ中得到越来越广泛的关注，此外本领域相关人员可以通过创新性??地设计光栅结构，从而得到具有不同光学特性的光栅结构。??１．２．２波导雜格光栅的工作原職分析施??波导布拉格光栅可以在波导方向形成折射率的周期性变化，也就是说在光的??传播方向存在着一系列的反射界面，当光向前传播时，在每个界面都会存在一定??的反射光
ＣＭＴ是一种通用的处理各种微扰对光波导中光传播影响的方法，很多文献??Ｐ６，２７］中都对此进行过报道。根据ＣＭＴ，波导内前向传播的波导模式光会在折射??率调制的作用下发生反向耦合，反之亦然，如图１．４所示。??Ｍ?Ｍ?Ｍ?Ｍ??；；?：詩?：??图１．４光在波导布拉格光栅中发生前向和后向波之间的耦合??然而即使对于简单的均匀光栅，当使用ＣＭＴ进行数值计算时，结果也会显??得比较复杂［２８］。因此，对于含有相移、切趾或啁啾等结构的复杂光栅，使用ＣＭＴ??计算则会更加困难。为了简化运算，提高计算效率，本领域的科研人员在基于??ＣＭＴ的基础上，提出了更为简单的ＴＭＭ算法【２９，３Ｑ】。当使用ＴＭＭ计算波导布??拉格光栅时，适应度更高，计算速度更快。ＴＭＭ与积分方法类似，需要将计算??的光栅结构分成多段，然后累积这些光栅的作用。??ＦＤＴＤ?是根据?１９６６?年?Ｋ．Ｓ．Ｙｅｅ?在?ＩＥＥＥ?Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ?ｏｎ?Ａｎｔｅｎｎａｓ?ａｎｄ??Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ上发表的一篇论文［３１］构建出来的，这种算法也可以称之为Ｙｅｅ网格??空间离散方法。这种算法最基本的原理是将含有时间变量的麦克斯韦旋度方程从??数学形式上变换成为差分形式
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯-硅基混合光子集成电路[J]. 肖廷辉,于洋,李志远. 物理学报. 2017(21)
[2]华为盖刚:CloudBackbone助运营商未来10年骨干网转型[J]. 黄海峰. 通信世界. 2017(07)
[3]均匀光栅DFB激光器光电特性研究[J]. 赵润,张晓光,曹晨涛,车相辉. 半导体技术. 2016(02)
[4]Large-mode-volume transverse-electric-polarized distributed feedback cavity on silicon-on-insulator[J]. 赵向杰,张永,曾成,李丹萍,高阁,黄庆忠,汪毅,余金中,夏金松. Chinese Optics Letters. 2015(10)
[5]光子集成技术及产业发展研究[J]. 吴冰冰,赵文玉,张海懿. 电信科学. 2015(01)
[6]线性啁啾莫尔光纤光栅的理论研究[J]. 徐新华,王青. 光子学报. 2007(09)
博士论文
[1]高速直接调制半导体激光器的研究与设计[D]. 柯程.华中科技大学 2017
[2]纳米阵列图案表面浸润性研究[D]. 边捷.南京大学 2014
本文编号：3347806
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２光子集成分类??
??子形成的。图１．３（ｄ）?是一种通过在波导表面刻蚀周期性的凹槽形成的波导布??拉格光栅结构，是２００９年由德国柏林科技大学的Ｉｖａｎｏ?Ｇｉｕｎｔｏｎｉ等人在ＳＯＩ衬??底上制作得到的。??（ｂ）…：感遍??／７。＿?＇??删．＿｜＿丨＿??ａ?ｑ?ＭｉＲｉｉ??ｍｊ?ｎ??图１．３不同结构的波导布拉格光栅??上面介绍的这些波导布拉格光栅结构简单，并且制作工艺都与成熟的??ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ?Ｍｅｎｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ?Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）工艺相兼容。因此，波导布拉??格光栅在ＰＩＣ中得到越来越广泛的关注，此外本领域相关人员可以通过创新性??地设计光栅结构，从而得到具有不同光学特性的光栅结构。??１．２．２波导雜格光栅的工作原職分析施??波导布拉格光栅可以在波导方向形成折射率的周期性变化，也就是说在光的??传播方向存在着一系列的反射界面，当光向前传播时，在每个界面都会存在一定??的反射光
ＣＭＴ是一种通用的处理各种微扰对光波导中光传播影响的方法，很多文献??Ｐ６，２７］中都对此进行过报道。根据ＣＭＴ，波导内前向传播的波导模式光会在折射??率调制的作用下发生反向耦合，反之亦然，如图１．４所示。??Ｍ?Ｍ?Ｍ?Ｍ??；；?：詩?：??图１．４光在波导布拉格光栅中发生前向和后向波之间的耦合??然而即使对于简单的均匀光栅，当使用ＣＭＴ进行数值计算时，结果也会显??得比较复杂［２８］。因此，对于含有相移、切趾或啁啾等结构的复杂光栅，使用ＣＭＴ??计算则会更加困难。为了简化运算，提高计算效率，本领域的科研人员在基于??ＣＭＴ的基础上，提出了更为简单的ＴＭＭ算法【２９，３Ｑ】。当使用ＴＭＭ计算波导布??拉格光栅时，适应度更高，计算速度更快。ＴＭＭ与积分方法类似，需要将计算??的光栅结构分成多段，然后累积这些光栅的作用。??ＦＤＴＤ?是根据?１９６６?年?Ｋ．Ｓ．Ｙｅｅ?在?ＩＥＥＥ?Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ?ｏｎ?Ａｎｔｅｎｎａｓ?ａｎｄ??Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ上发表的一篇论文［３１］构建出来的，这种算法也可以称之为Ｙｅｅ网格??空间离散方法。这种算法最基本的原理是将含有时间变量的麦克斯韦旋度方程从??数学形式上变换成为差分形式
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯-硅基混合光子集成电路[J]. 肖廷辉,于洋,李志远. 物理学报. 2017(21)
[2]华为盖刚:CloudBackbone助运营商未来10年骨干网转型[J]. 黄海峰. 通信世界. 2017(07)
[3]均匀光栅DFB激光器光电特性研究[J]. 赵润,张晓光,曹晨涛,车相辉. 半导体技术. 2016(02)
[4]Large-mode-volume transverse-electric-polarized distributed feedback cavity on silicon-on-insulator[J]. 赵向杰,张永,曾成,李丹萍,高阁,黄庆忠,汪毅,余金中,夏金松. Chinese Optics Letters. 2015(10)
[5]光子集成技术及产业发展研究[J]. 吴冰冰,赵文玉,张海懿. 电信科学. 2015(01)
[6]线性啁啾莫尔光纤光栅的理论研究[J]. 徐新华,王青. 光子学报. 2007(09)
博士论文
[1]高速直接调制半导体激光器的研究与设计[D]. 柯程.华中科技大学 2017
[2]纳米阵列图案表面浸润性研究[D]. 边捷.南京大学 2014
本文编号：3347806
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