金属包层定义型聚合物波导光栅光子器件的研究
发布时间：2021-10-20 00:56
近年来,光通信系统由于其相对于传统射频系统的优势,是通信业务中最有前途的技术之一。光通信系统具有宽带宽、高数据速率、低延迟、高安全性、低功耗等特点,在科学界掀起了应用研究的浪潮。其中谐振波导光栅在光通信中具有重要地位,其传输的信号可以位于紫外到微波频率这个较广的波段。利用波导耦合、滤波、聚焦等特性,谐振波导光栅可用于生物传感器、模式选择器以及激光器中核心的窄带宽滤波器件。本论文采用了自主合成的有机无机杂化PMMA（polymethyl methacrylate）材料、KH560（γ-（2,3-epoxypropoxy）propytrimethoxysilane）、KH570（γ-（2,3-epoxypropoxy）propytrimethoxysilane）、FBPA-PC EP（fluorinated epoxy-terminated polycarbonates）/FSU-8（fluorinated epoxy resin）等聚合物材料制备光栅光子器件,而且利用了蒸镀和光刻等工艺制备简单的金属包层型结构,用以提升光子器件的温度灵敏度、实现色散补偿的功能、抑制边模和实现周期性滤波的功...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
已报道的基于细胞传感的光栅传感器件（a）-（e)用于活细胞传感器件的原理图；(f)、(g)细胞传感的光栅传感器应用
吉林大学博士学位论文6图1.2已报道的实现模式分离的光栅器件（a）低占空比型TE反射器的扫描电镜图像;（b）该器件示意图;（c）用于分离入射TE和TM模式的脉冲的RWG的示意图;（d）用于TE和TM模式分离器的光栅器件。光栅型器件在光电探测器及可调谐滤波器方面同样具有广泛的应用前景。（1）在光电探测器方面，利用RWG的光谱学是最近才出现的一种应用，它是由对紧凑型器件的需求触发的，而紧凑型器件的需求可以通过使用波导来满足。世界上已经提出了几种使用RWG作为波导耦合器或零阶模式滤波器的实现方法。K.Chaganti提出了一种RWG输出耦合器的概念，将耦合在波导中的不同波长与平面凸透镜进行角度分离，弯曲的RWG使得不同的光信号聚焦在探测器上成为了现实。科学家又通过在输出耦合RWG上喷墨打印制备了有机光电探测器阵列。使用0阶衍射的RWG，通过波导厚度或者光栅周期的梯度变化实现了在波长范围为800到900nm时达到0.011nm的分辨率[27-29]，如图1.3（a）所示。基于RWG的光谱仪也适用于非相干光的生物传感，光谱仪可以通过外部光源（如LED或白炽灯）的宽带光和智能手机的摄像头来实现,如图1.3（b）所示。用RWG实现的滤波器包括两个带有Fabry–Perot谐振器的RWG堆栈以产生透射峰，控制光栅占空比和周期以获得一组具有不同中心波长的窄带滤波器[30]。(2)在可调谐滤波器方面具有微机械光电系统（Micro-optical-electro-mechanicalsystems,MOEMS）、电光可调谐光栅滤波器和热光可调谐光栅滤波器的应用。MOEMS技术使光学系统小型化和集成化，应用广泛，包括显示器、波分复用器、光学合成器和光学传感器。MOEMS结构可以由两个绝缘硅（SOI）单层RWG构成，其中两层之间的相对位置可以机械调整，通过调节水平运动，在近红外波段，共振波长可以在300
吉林大学博士学位论文8图1.3光栅器件在光电探测器、微机械光电系统等方面的应用（a）具有梯度光栅周期的RWG的光电探测器原理图;（b）基于RWGs的智能手机应用光谱生物传感器;（c）MEMS可调谐RWGs的原理图，其中可调谐参数为两个光栅层之间的垂直距离;（d）MOEMS调谐参数为水平距离;（e）MOEMS-RWG可调谐滤色器原理图;（f）嵌入在亚波长光栅强度调制器中的硅p–n结的示意图;（g）与液晶集成的光栅SEM图;（h）液体晶体光栅结构示意图；（i）TE和TM模式带宽可调节的光栅结构示意图；（j）平板型热光带宽可调谐光栅滤波器。光栅型的激光器与传统的窄带反射镜（如法布里-珀罗腔）相比，RWG反射镜可以实现更窄的线宽和更高的偏振选择性。此外，由于其较低的总厚度，它们还提供较低的热噪声和较低的机械损耗。因此，已经在先进的引力波探测器中实现了RWG腔镜，其中，主要噪声源是腔镜。目前已经有几种RWG腔镜被报道，例如硅上T形结构（如图1.4（a）所示），单片单晶硅晶体镜和多个RWG堆叠（如图1.4（b）所示[39]。RWG还可以作为分布反馈谐振器，与平面有机薄膜相结合，用于制造更紧凑、更易于集成的激光器，如图1.4（c）所示[40]。集成导模谐振的谐振腔滤波器（CavityResonatorIntegratedGuidedMode
【参考文献】：
期刊论文
[1]Subwavelength grating devices in silicon photonics[J]. Junjia Wang,Ivan Glesk,Lawrence R.Chen. Science Bulletin. 2016(11)
[2]Fast response 2×2 thermo-optic switch with polymer/silica hybrid waveguide[J]. 闫云飞,郑传涛,孙小强,王菲,张大明. Chinese Optics Letters. 2012(09)
博士论文
[1]硅基聚合物/二氧化硅混合集成波导布拉格光栅的研究[D]. 田亮.吉林大学 2019
[2]基于表面等离子体效应的聚合物光波导器件研究[D]. 姬兰婷.吉林大学 2019
[3]稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究[D]. 张美玲.吉林大学 2018
[4]取样光栅的刻蚀深度空间分布微调方法[D]. 吴丽翔.中国科学技术大学 2015
[5]硅基聚合物光开关器件的研究[D]. 孙健.吉林大学 2015
硕士论文
[1]一种基于取样光栅的波长可调谐光纤激光器[D]. 汪磊石.北京交通大学 2009
本文编号：3445933
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
已报道的基于细胞传感的光栅传感器件（a）-（e)用于活细胞传感器件的原理图；(f)、(g)细胞传感的光栅传感器应用
吉林大学博士学位论文6图1.2已报道的实现模式分离的光栅器件（a）低占空比型TE反射器的扫描电镜图像;（b）该器件示意图;（c）用于分离入射TE和TM模式的脉冲的RWG的示意图;（d）用于TE和TM模式分离器的光栅器件。光栅型器件在光电探测器及可调谐滤波器方面同样具有广泛的应用前景。（1）在光电探测器方面，利用RWG的光谱学是最近才出现的一种应用，它是由对紧凑型器件的需求触发的，而紧凑型器件的需求可以通过使用波导来满足。世界上已经提出了几种使用RWG作为波导耦合器或零阶模式滤波器的实现方法。K.Chaganti提出了一种RWG输出耦合器的概念，将耦合在波导中的不同波长与平面凸透镜进行角度分离，弯曲的RWG使得不同的光信号聚焦在探测器上成为了现实。科学家又通过在输出耦合RWG上喷墨打印制备了有机光电探测器阵列。使用0阶衍射的RWG，通过波导厚度或者光栅周期的梯度变化实现了在波长范围为800到900nm时达到0.011nm的分辨率[27-29]，如图1.3（a）所示。基于RWG的光谱仪也适用于非相干光的生物传感，光谱仪可以通过外部光源（如LED或白炽灯）的宽带光和智能手机的摄像头来实现,如图1.3（b）所示。用RWG实现的滤波器包括两个带有Fabry–Perot谐振器的RWG堆栈以产生透射峰，控制光栅占空比和周期以获得一组具有不同中心波长的窄带滤波器[30]。(2)在可调谐滤波器方面具有微机械光电系统（Micro-optical-electro-mechanicalsystems,MOEMS）、电光可调谐光栅滤波器和热光可调谐光栅滤波器的应用。MOEMS技术使光学系统小型化和集成化，应用广泛，包括显示器、波分复用器、光学合成器和光学传感器。MOEMS结构可以由两个绝缘硅（SOI）单层RWG构成，其中两层之间的相对位置可以机械调整，通过调节水平运动，在近红外波段，共振波长可以在300
吉林大学博士学位论文8图1.3光栅器件在光电探测器、微机械光电系统等方面的应用（a）具有梯度光栅周期的RWG的光电探测器原理图;（b）基于RWGs的智能手机应用光谱生物传感器;（c）MEMS可调谐RWGs的原理图，其中可调谐参数为两个光栅层之间的垂直距离;（d）MOEMS调谐参数为水平距离;（e）MOEMS-RWG可调谐滤色器原理图;（f）嵌入在亚波长光栅强度调制器中的硅p–n结的示意图;（g）与液晶集成的光栅SEM图;（h）液体晶体光栅结构示意图；（i）TE和TM模式带宽可调节的光栅结构示意图；（j）平板型热光带宽可调谐光栅滤波器。光栅型的激光器与传统的窄带反射镜（如法布里-珀罗腔）相比，RWG反射镜可以实现更窄的线宽和更高的偏振选择性。此外，由于其较低的总厚度，它们还提供较低的热噪声和较低的机械损耗。因此，已经在先进的引力波探测器中实现了RWG腔镜，其中，主要噪声源是腔镜。目前已经有几种RWG腔镜被报道，例如硅上T形结构（如图1.4（a）所示），单片单晶硅晶体镜和多个RWG堆叠（如图1.4（b）所示[39]。RWG还可以作为分布反馈谐振器，与平面有机薄膜相结合，用于制造更紧凑、更易于集成的激光器，如图1.4（c）所示[40]。集成导模谐振的谐振腔滤波器（CavityResonatorIntegratedGuidedMode
【参考文献】：
期刊论文
[1]Subwavelength grating devices in silicon photonics[J]. Junjia Wang,Ivan Glesk,Lawrence R.Chen. Science Bulletin. 2016(11)
[2]Fast response 2×2 thermo-optic switch with polymer/silica hybrid waveguide[J]. 闫云飞,郑传涛,孙小强,王菲,张大明. Chinese Optics Letters. 2012(09)
博士论文
[1]硅基聚合物/二氧化硅混合集成波导布拉格光栅的研究[D]. 田亮.吉林大学 2019
[2]基于表面等离子体效应的聚合物光波导器件研究[D]. 姬兰婷.吉林大学 2019
[3]稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究[D]. 张美玲.吉林大学 2018
[4]取样光栅的刻蚀深度空间分布微调方法[D]. 吴丽翔.中国科学技术大学 2015
[5]硅基聚合物光开关器件的研究[D]. 孙健.吉林大学 2015
硕士论文
[1]一种基于取样光栅的波长可调谐光纤激光器[D]. 汪磊石.北京交通大学 2009
本文编号：3445933
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