硅基多模干涉耦合器的设计与应用

发布时间：2023-04-02 22:44

　　随着现代通信技术的飞速发展,传统的微电子行业的发展逐渐出现瓶颈,人们希望能通过集成光路的实现来打破传统的“摩尔定律”。而硅基光电子学由于材料自身的优异性以及制造工艺与传统微电子的CMOS工艺相兼容等特点越来越受到关注。在硅基光电子学中,硅基耦合器作为重要的硅基无源器件,是实现光的片上合束和分束的关键。而相比与常见的定向耦合器(DC)和Y分叉耦合器,多模干涉(MMI)型耦合器具有损耗低,工艺容差性高,带宽大,偏振不敏感等诸多优势,已经得到了广泛的应用。但是传统的MMI器件结构较大,关于小型化的硅基MMI报道最近几年才出现。为了满足硅基集成的需要,本文将致力于小型化,低损耗,分光均匀性好的硅基MMI的设计,整个器件的大小在几个微米量级。在不同类型的硅基MMI设计中,需要一个普适性的理论设计模型来确定设计参数。本文从MMI的自映像成像原理出发,利用导模传输分析法(G-MPA)对MMI中的模场分布情况进行分析,得到了三种干涉类型MMI的一般性成像规律。结合理论基础,论文对不同类型MMI中的相位关系作了详细分析。论文基于理论设计模型,确定相应的理论参数。针对对称干涉型1×2 MMI和配对干涉性2...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 硅基光电子学的发展现状
    1.2 硅基光电子学与片上互连技术发展
    1.3 硅基耦合器的分类
        1.3.1 硅基定向耦合器
        1.3.2 Y分叉耦合器
        1.3.3 多模干涉耦合器
    1.4 硅基MMI的研究进展
    1.5 论文的创新点和内容安排
第二章 MMI的理论基础
    2.1 自映像效应
        2.1.1 波导传输理论分析
        2.1.2 导模传输分析
    2.2 多模干涉耦合器的分类
        2.2.1 一般干涉型MMI
        2.2.2 配对干涉型MMI
        2.2.3 对称干涉型MMI
    2.3 硅基MMI中的相位关系分析
        2.3.1 1×2型MMI中的相位关系
        2.3.2 N×N型MMI中的相位关系
    2.4 MMI的仿真求解方法
    2.5 本章小结
第三章 硅基MMI的仿真设计与加工工艺
    3.1 硅基波导中的模场分析
    3.2 硅基MMI的性能指标
    3.3 1×2 MMI的仿真优化
    3.4 2×2 MMI的仿真优化
    3.5 硅基光电子的加工工艺
    3.6 本章小结
第四章 硅基MMI的实验设计与测试分析
    4.1 硅基MMI的版图设计
    4.2 MMI测试系统搭建与实验设计
        4.2.1 无源测试系统
        4.2.2 1×2 MMI实验测试分析
        4.2.3 2×2MMI的测试分析
    4.3 本章小结
第五章 基于MMI的硅基热光开光的测试与分析
    5.1 热光开光基本原理
    5.2 实验设计和测试系统搭建
    5.3 测试分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间学术成果
致谢



本文编号：3780112