本文關(guān)鍵詞：基于鈮酸鋰波導(dǎo)的光子集成設(shè)計(jì)及器件研究　出處：《南京大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：目前集成電路受發(fā)熱、量子隧穿等影響,集成度難以進(jìn)一步提高,而集成光子學(xué)有望克服這一困難,這使得集成光子學(xué)的應(yīng)用趨于明朗。ADI公司首席技術(shù)官Samuel Fuller認(rèn)為,集成光子學(xué)在硬件上可以提供大量互聯(lián),給集成光子的發(fā)展描繪了美好的藍(lán)圖。事實(shí)上1969年貝爾實(shí)驗(yàn)室S. E. Miller就提出“集成光學(xué)(Integrated Optics)"替代集成電路,處理信息的設(shè)想。然而經(jīng)過40多年的發(fā)展,集成光子器件的發(fā)展并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。發(fā)展集成光學(xué)最大的障礙是光學(xué)衍射極限的存在限制了器件尺寸,所以光子器件集成度難以提高。近些年來人們已經(jīng)在基于硅、鈮酸鋰的集成光學(xué)研究方面取得一些成果。這些光子器件之所以能夠?qū)崿F(xiàn)是因?yàn)楣�、鈮酸鋰的折射率比較大,很窄線寬的波導(dǎo)就可以對(duì)光進(jìn)行很強(qiáng)的束縛。鈮酸鋰作為科學(xué)界的“光學(xué)硅”綜合性能很優(yōu)異,表現(xiàn)為非線性系數(shù)大,通光范圍廣(0.42um～5.2um),有很強(qiáng)的壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)等,能提供多個(gè)調(diào)控維度,因此受到研究人員越來越多的青睞。尤其是非線性效應(yīng)可以用于產(chǎn)生新的頻率的光或者是對(duì)其他頻率的光能量進(jìn)行放大,在光子器件中應(yīng)用前景很樂觀。相比之下,硅的通光范圍較小(1.1um～1.6um),沒有非線性等效應(yīng),可以調(diào)控的維度少,在光子器件中很多功能無法實(shí)現(xiàn)。所以我們有理由認(rèn)為未來鈮酸鋰光子器件有更好的發(fā)展前景。除了高束縛的介質(zhì)波導(dǎo)外,近十幾年來快速發(fā)展的表面等離激元光子學(xué)(Surface Plasmon Polariton, SPP)也給光子集成提供了新途徑。表面等離激元是金屬與介質(zhì)界面上自由電子集體振蕩產(chǎn)生的電磁模式,這種模式被束縛在界面附近,模面積在亞波長(zhǎng)尺寸,能突破衍射極限,是提高光子集成度的良好選擇。目前學(xué)術(shù)界已經(jīng)在基于SPP的光子開關(guān)、光子邏輯門、光子調(diào)制器等方面取得一些進(jìn)展。但是SPP應(yīng)用到光子器件中有一個(gè)障礙,它的傳播損耗較大,一般傳播長(zhǎng)度只有百微米量級(jí),這意味著器件回路的尺寸被限制在這個(gè)范圍之內(nèi),真正應(yīng)用到光子器件甚至是光子芯片中,必須解決SPP損耗問題。幸運(yùn)的是鈮酸鋰具有很強(qiáng)的二階非線性效應(yīng),我們可以利用光參量放大過程(optical parametric amplification, OPA)來補(bǔ)償SPP損耗,甚至是放大SPP能量。本文從鈮酸鋰的非線性效應(yīng)出發(fā),著重研究鈮酸鋰光子器件中的非線性過程,在雜化波導(dǎo)體系中通過光參量放大補(bǔ)償SPP傳播損耗。并且研究了鈮酸鋰波導(dǎo)的加工制備方案,結(jié)合光刻、質(zhì)子交換、反應(yīng)離子刻蝕等,能夠大面積刻蝕出鈮酸鋰波導(dǎo),也能用聚焦離子刻蝕技術(shù)制備很精細(xì)的波導(dǎo)。結(jié)合這兩種加工方式可以高效制備精細(xì)的鈮酸鋰功能器件。本文也從理論上設(shè)計(jì)了可加工的基于鈮酸鋰波導(dǎo)的光子器件的性能,為未來鈮酸鋰光子器件的實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN25

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1309181