基于SOI的二维光子晶体平板波导的研究

发布时间：2016-09-04 09:04

  本文关键词：14xx nm喇曼光纤激光器研究，由笔耕文化传播整理发布。

《清华大学》 2004年

基于SOI的二维光子晶体平板波导的研究

解灵运  

【摘要】：光子晶体是一种介电常数成周期分布的介质材料,周期为光波长量级。在光子晶体材料中存在着特殊的频带,在这些频带中光波被禁止传播。如果在光子晶体中引入缺陷,则在禁带中会存在缺陷态,使得与该缺陷态相对应的波长的光子在其中可以存在和传播,利用这种特性可以设计出微米-毫米量级尺寸的光波导器件,具有很多传统波导所无法比拟的优点。 本论文从光子带隙理论和制作工艺两个方面对基于SOI、带隙中心位于1550nm的光子晶体带隙材料及光子晶体波导器件进行了深入的研究。 理论上采用平面波展开法(PWE)和基于完美匹配层(PML)边界条件的时域有限差分法(FDTD)相结合的技术,对二维光子晶体平板波导的带隙结构及光波传输进行了仿真,设计了多种适合于0.18 m标准硅工艺的光子晶体波导器件,包括直线形波导、60°弯折波导、90°弯折波导、T形波导、Y形波导、光子谐振腔、Mach-Zehnder形波导等数种光子晶体波导结构。并对结构参数进行了优化,得到较好的传输结果。此外还将快速傅立叶变换法和Pade近似法相结合给出了谐振腔的品质因数Q的计算方法,通过品质因数研究了波长上下复用器件的设计。 在理论设计的基础上,对工艺制作进行了深入的摸索。通过深紫外(DUV)曝光法和电子束(EB)曝光法分别对SOI进行曝光处理,并通过化学辅助离子束刻蚀(CAIBE)技术和电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术刻蚀了硅和SOI晶片,得到二维光子晶体平板波导样品。对该工艺过程各步骤进行了详细的研究,探询适合光子晶体波导的制作条件。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察样品,对样品的细微结构进行了全面的分析,给出了样品的三维图片。初步搭建测试系统进行测试研究,并腐蚀制作了耦合信号光使用的光纤透镜。 本论文对基于SOI的二维光子晶体平板波导在理论和工艺两方面做了开创性的探索研究,为后续光子晶体集成系统的研究打下良好的基础。

【关键词】：
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TN204
【目录】：

第1章 引 言10-20

1.1 光子晶体简介10-17

1.1.1 什么是光子晶体10-11

1.1.2 光子晶体的主要特征11-14

1.1.3 光子晶体的应用14-16

1.1.4 二维光子晶体平板波导16-17

1.2 光子晶体的发展现状17-18

1.3 课题目的和意义18

1.4 论文各部分主要内容18-20

第2章 理论研究方法20-39

2.1 平面波展开法20-26

2.1.1 光子晶体基本方程20-22

2.1.2 平面波展开22-23

2.1.3 介电常数展开23-26

2.1.4 小结26

2.2 时域有限差分法FDTD26-34

2.2.1 FDTD法的特点27

2.2.1 Yee氏网格27-28

2.2.2 FDTD算法28-31

2.2.3 FDTD法的稳定性31-32

2.2.4 吸收边界条件32-34

2.3 计算Q值的Pade近似法34-37

2.4 其它的光子晶体计算方法37-38

2.5 本章小结38-39

第3章 二维光子晶体平板波导的理论研究39-58

3.1 带隙计算39-48

3.3 传输仿真48-49

3.3 Q值计算49-51

3.4 波导设计51-55

3.4 波导优化55-57

3.5 本章小结57-58

第4章 二维光子晶体平板波导的制作58-74

4.1 工艺发展现状58-61

4.2 工艺流程61-63

4.3 二维光子晶体平板波导的制作63-65

4.4 实验结果观察和分析65-71

4.5 测试系统和相关器材的制备71-73

4.6 本章小结73-74

第5章 结论74-75

参考文献75-80

致谢、声明80-81

本人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文81

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【参考文献】

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