硅光子模斑转换器的设计及制备

发布时间：2023-08-07 09:31

　　楔形模斑转换器可以绝热地调节模斑尺寸以使其匹配耦合到光纤,其具备形状直观,封装简易,耦合效率高,易于集成等优点而成为国内外研究的热点。随着光通讯、光存储、光开关、人工智能等领域的出现和发展,硅光子模斑转换器逐渐实用化,为人们带来极多便利。目前国内外楔形模斑转换器的工艺制作多使用灰度掩膜版、电子束灰度曝光、阴影镀膜、阴影刻蚀、湿法腐蚀等方法,工艺复杂、制作周期长、成本较高,可重复性低且难以大规模生产,很难从实验室走向具体应用。因此,本文开展楔形模斑转换器新制备方法的研究,并对大端面楔形模斑转换器中的模式变换进行研究,主要研究内容为:(1)对光波导基础理论、光波导与光纤进行对接时产生耦合损耗的原因进行分析。通过计算设计优化楔形参数,得到入射光波长为1550nm时,模斑转换器端面尺寸至少为2μm×2μm,楔形长度大于18μm,可达最佳耦合效率,使其在与光纤对接时的耦合损耗大大减小。(2)对设计的楔形模斑转换器进行制备。通过紫外光刻和深硅刻蚀制作宽1μm,高0.22μm侧壁陡直的耦合光波导,根据直接键合理论对键合参数进行优化,得到空隙小于10nm的键合界面,通过步进式重复曝光系统与高温热回流相...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 硅基光互联集成芯片发展概述
    1.2 硅基光互联集成芯片与光纤间耦合
        1.2.1 光纤与波导耦合问题
        1.2.2 光纤与波导耦合方式
    1.3 楔形模斑转换器国内外研究进展
    1.4 论文的研究意义及工作
        1.4.1 论文研究意义
        1.4.2 论文工作
第2章 楔形模斑转换器相关理论与设计
    2.1 光波导基本理论
    2.2 光纤与波导耦合机理
        2.2.1 对准偏差损耗
        2.2.2 菲涅尔反射损耗
        2.2.3 模场失配损耗
    2.3 参数设计
    2.4 本章小结
第3章 楔形模斑转换器的制作工艺
    3.1 楔形转换器的制作
        3.1.1 SOI键合工艺
        3.1.2 步进光刻制作楔形转换器工艺
    3.2 楔形模斑转换器制作流程
    3.3 本章小结
第4章 器件制备的结果与分析
    4.1 耦合波导制作结果与分析
    4.2 键合工艺制作结果与分析
    4.3 楔形模斑转换器制作结果与分析
    4.4 器件模拟及测试结果与分析
    4.5 本章小结
第5章 楔形模斑转换器中高阶模式的研究
    5.1 模式耦合理论的研究
        5.1.1 波导本征方程
        5.1.2 模式耦合理论
    5.2 楔形模斑转换器模型的建立
    5.3 楔形模斑转换器中激发高阶模式的模拟结果及分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢



本文编号：3839995