基于2D-3D异质结结构中光学器件集成化的研究

发布时间：2020-06-14 03:26

【摘要】：大量的理论和实验研究表明,2D-3D异质结结构可以有效提高二维光子晶体中器件的传输效率,可以作为超大规模全光或光电子集成回路研究的重要平台。基于此,我们采用时域有限差分法,研究了工作于太赫兹波段的2D-3D异质结结构中垂直波导、非平面集成波导、非平面集成器件等的传输特性。主要研究内容如下:首先,在2D-3D异质结结构中引入垂直耦合波导,研究波导位置变化时,沿不同输出方向的导带范围及其透过率。研究结果表明:当波导位置发生变化时,不同输出方向的导带范围及其透过率都会有明显地变化,尤其是腔腔耦合波导,当其移动至特定位置时,在多个方向都观察到了宽的导带范围和高的透过率。其次,我们在2D-3D异质结结构中构建了非平面的集成波导,研究了当垂直耦合波导相邻微腔之间的角度变化时,该集成波导的传输效率。研究结果表明:随着相邻微腔之间旋转角度的减小,该集成波导的传输效率得到有效改善,当进一步把输出波导增宽时,导带范围和传输效率同时得到了进一步提高。再此基础上,我们设计研究了包含有四个输出通道的非平面集成波导器件,发现其可以实现四个方向同时高效传输的特性。最后,在2D-3D异质结结构中设计了包含两种和三种器件的集成光路,研究了其频率选择特性及其集成化问题。研究结果表明:通过参数调节,实现了不同端口的频率选择特性。尤其重要的是,两个或者三个复杂器件的非平面集成化也同时实现了。 【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O734

【图文】：

．．图１－２邋（ａ）通过单个缺陷捕获光子的示意图。（ｂ）镜像对称ｗｏｏｄｐｉｌｅ结构纳米微腔示意图。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｐｐｉｎｇ邋ｏｆ邋ｐｈｏｔｏｎｓ邋ｂｙ邋ａ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｄｅｆｅｃｔ，邋（ｂ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｎａｎｏｃａｖｉｔｙ邋ｉｎ邋ａ逡逑ｍｉｒｒｏｒ－ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ邋ｗｏｏｄｐｉｌｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．逡逑Ｎａｋａｍｕｍ邋［３１］平板打孔型二维光子晶体，通过调节介质孔的位置得到Ｌ３和ＨＯ

逡逑显示出相等的归一化功率分布，分别为２９．６％、２８．９％、３０．５％。如图１－３所示，丁３１１１＇１＾＃７１逡逑发现在０．３ＴＨＺ频段中平板打孔型二维光子晶体的传播损耗取决于材料损耗而不是辐逡逑射损耗，分别改变硅基板的电阻率、长度和弯曲次数，得出随着电阻率增大传播损耗逡逑减低，并在较高电阻率（２０ＫＱ／ｃｍ）情况下，，将损耗降到最低，传播和弯曲损耗分别逡逑为邋Ｏ．ｌｄＢ／ｃｍ邋（０．３２６？０＿３３１ＴＨｚ）和邋０．２ｄＢ／ｃｍ邋（０．３２３？０．３３１ＴＨＺ）。逡逑＼邋ＭＩＳＴ逡逑＼ｆｆｌＨ２００邋Ｍｍ逡逑ｋ－逦ｉ逦１N逡逑ａ邋ｒ邋＝邋０邋３０ａ逦３00邋ｐｍ逡逑图１－３二维光子晶体波导示意图。实验样品俯视图和截面电镜照片。逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｐｈｏｔｏｎｉｃ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｗａｖｅｇｕｉｄｅ邋ｓｙｓｔｅｍ．邋Ｔｏｐ邋ａｎｄ邋ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ逡逑ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ邋ｓａｍｐｌｅ邋ａｒｅ邋ｉｎｓｅｒｔｅｄ．逡逑１．２．３传感器逡逑基于光子晶体的传感器具有灵敏度高、稳定性好、小型化、远程监控等优势，可逡逑以分为气体传感器、固体传感器、液体传感器等。现在研究最多也最深入的是气体传逡逑感器，我们可以将气体传感器分为一维光子晶体微腔、二维光子晶体线缺陷微腔、异逡逑质结微腔等。Ｍｏｈｅｂｂｉ【３８ｌ研宄了基于光学谐振的新型光学传感器在一维硅光子晶体中逡逑的应用，在光子晶体中引入微腔来检测红外波长区域中折射率的变化情况，通过线性逡逑的改变微腔两侧光子晶体中空气层的厚度

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本文编号：2712198