集成光波导耦合技术研究

发布时间：2023-04-26 22:46

　　近几十年来实现特定功能的集成光波导器件快速发展,成为光通信产业迅速提升的主要推动力,但是光波导器件存在众多技术分支,其结构和形态各异,并且其长时间以来技术标准不统一,导致在异种光波导器件进行光互联时存在模场失配巨大、兼容性差等瓶颈,高效率的集成光波导耦合技术是解决该问题的关键。集成光波导耦合技术的理论基础主要是严格耦合波理论,本文中耦合光栅初始设计均以此为理论依据,在完成初步设计后运用FDTD数值分析法对其进行仿真优化。波导耦合器件基底材料主要有硅基、氮化硅、磷化铟等,目前主流以硅基为基础,典型的耦合器件有光栅耦合器、光滤波器、光分束器等。本文的工作主要致力于研究集成光波导耦合技术,解决光波导器件耦合效率低、耦合难的技术问题,研究方法为:基于光波导耦合理论,对光栅耦合器件的耦合条件进行研究并建立耦合模型,基于模型分析光波导耦合器件典型结构参数与耦合效率传递关系,并结合仿真计算进行优化及设计输出。本文中选取基于SOI(Silicon-On-Insulator)结构的光栅耦合器为主要研究对象,主要完成的工作包括:(1)基于设计理论中布拉格条件、严格耦合波理论等进行了相关推导和耦合模型建立,...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 集成光波导耦合技术研究意义
    1.2 集成光波导耦合技术分类
        1.2.1 间接耦合
        1.2.2 直接耦合
        1.2.3 耦合方案对比
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文的主要研究工作
第二章 集成光波导光栅耦合器件的工作原理和计算方法
    2.1 光栅耦合器结构和工作原理
    2.2 布拉格条件
    2.3 严格耦合波解析法
    2.4 数值方法
        2.4.1 光束传播方法(BPM)
        2.4.2 有限时域差分FDTD
    2.5 优化方法
        2.5.1 粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)
        2.5.2 伴随优化(Adjoint method)
    2.6 本章小结
第三章 光栅耦合器件参数特性分析
    3.1 基本结构
    3.2 波导层厚度h
    3.3 光栅周期T
    3.4 SiO₂层厚度
    3.5 反射层
    3.6 入射角度θ
    3.7 本章小结
第四章 一种大带宽高效率光栅耦合器设计
    4.1 大带宽高效率光栅耦合器设计
        4.1.1 设计的光栅耦合器基本结构
        4.1.2 参数选取
    4.2波导层材料替换为Si₃N4

    4.3 波导层材料替换为InP
    4.4 本章小结
第五章 集成光波导制备工艺及误差分析
    5.1 光波导制作流程
    5.2 光刻技术
        5.2.1 曝光技术
        5.2.2 感应等离子体刻蚀技术
    5.3 误差分析
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
研究生期间的研究成果



本文编号：3802338

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