基于磁光移相效应的非互易光学器件研究

发布时间：2022-08-13 09:34

　　随着大数据时代的到来,信息交互产生的庞大数据量对通信系统的带宽和速度提出了更高的要求。硅基光电子技术以其器件尺寸小、无焦耳热损耗、CMOS工艺兼容等独特优势成为支撑新一代光通信、光互连的核心技术之一。在越来越多的光学元器件完成硅基平台集成后,集成光学芯片也逐渐走向了实际应用,但系统中以光隔离器和光环行器为代表的非互易光学器件仍使用分立器件,严重制约了硅基光电子技术的成本和应用范围。因此对于集成非互易光学器件的研究,拥有巨大的实用价值。本文以基于磁光非互易移相效应的硅基集成非互易光学器件为研究对象,阐释了集成硅基光电子器件中常用的磁光效应原理及导波光学原理,讨论了硅基集成磁光波导器件中的非互易传输原理,设计了两种宽带硅基磁光非互易器件,并采用单片集成的技术路线将磁光材料与硅基光波导型器件集成。主要工作分为以下两部分:（1）MZI型磁光隔离器。通过新型器件设计,显著减小器件至400μm×210μm,并使器件可在单向磁场下工作。通过优化偏振旋转器结构、3 dB耦合器结构和磁光材料沉积窗口结构,降低了器件插入损耗,最终实现了低损耗单片集成的TE及TM模式宽带磁光隔离器的设计及制备。实验制备的T... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 磁光非互易器件的国际国内研究进展
        1.2.1 集成磁光非互易器件的发展历程
        1.2.2 硅基集成磁光非互易器件的发展现状
    1.3 本论文的工作方向及工作内容
第二章 理论及实验分析方法
    2.1 磁光材料及磁光效应理论
        2.1.1 磁光材料结构及性质
            2.1.1.1 钇铁石榴石
            2.1.1.2 铈掺杂的钇铁石榴石
        2.1.2 磁光效应原理
            2.1.2.1 磁光法拉第效应
            2.1.2.2 磁光非互易移相效应
    2.2 波导器件模式传输理论
        2.2.1 模式耦合原理
            2.2.1.1 模式耦合公式
            2.2.1.2 均匀介质波导模式间的正交关系
            2.2.1.3 耦合系数
            2.2.1.4 模式演变
            2.2.1.5 定向耦合原理
        2.2.2 多模干涉原理
    2.3 数值仿真方法
        2.3.1 有限元法
        2.3.2 有限时域差分法
    2.4 实验方法
        2.4.1 干法及湿法刻蚀方法
        2.4.2 磁光材料制备方法
        2.4.3 器件测试及表征方法
第三章 硅基集成马赫-曾德尔型磁光隔离器的设计及制备
    3.1 马赫-曾德尔型磁光隔离器工作原理
    3.2 马赫-曾德尔型磁光隔离器设计方案
        3.2.1 Si/Ce:YIG磁光波导设计
        3.2.2 多模干涉型3 dB耦合器设计
    3.3 MZI型光隔离器制备和测试
    3.4 器件损耗分析
    3.5 基于偏振旋转器的TE模式磁光隔离器设计
        3.5.1 3 dB耦合器设计
        3.5.2 渐变窗口结构设计
        3.5.3 偏振旋转器设计
    3.6 器件制备和测试
    3.7 本章小结
第四章 多模干涉型磁光环行器的设计及制备
    4.1 多模干涉型光环行器工作原理
    4.2 多模干涉型环行器设计
        4.2.1 磁光波导结构设计
        4.2.2 宽带3 dB耦合器设计
        4.2.3 宽带器件设计
    4.3 器件性能仿真
    4.4 器件制备及表征
        4.4.1 器件制备流程
        4.4.2 器件刻蚀工艺
        4.4.3 磁光材料生长
        4.4.4 器件制备存在的问题分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3676781