本文選題：導(dǎo)模共振　切入點：氮化鎵　出處：《南京郵電大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：導(dǎo)模共振濾波器因其結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小易集成,且展現(xiàn)出窄帶,高衍射效率的濾波效果,近年來引起了人們的廣泛關(guān)注。而伴隨著半導(dǎo)體材料和微機械技術(shù)的發(fā)展,利用導(dǎo)模共振效應(yīng)設(shè)計基于第三代半導(dǎo)體材料代表氮化鎵的可調(diào)諧光濾波器,對于促進(jìn)光通信及相關(guān)光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展變的十分必要。本論文根據(jù)等效介質(zhì)理論和嚴(yán)格耦合波理論,計算推導(dǎo)了導(dǎo)模共振腔產(chǎn)生共振現(xiàn)象的共振條件。然后以氮化鎵亞波長光柵為研究對象,對反射型導(dǎo)模共振濾波器的理論設(shè)計和其光學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先,詳細(xì)分析了在滿足衍射波與傳導(dǎo)模相位匹配條件下,所設(shè)計的強調(diào)制、弱調(diào)制、覆蓋型、浮雕型以及三層波導(dǎo)型光柵結(jié)構(gòu)對共振波長光譜性質(zhì)的影響。研究表明:對于高空間頻率波導(dǎo)光柵,調(diào)制系數(shù)影響耦合強度,并對光譜反射響應(yīng)的衍射效率高低、帶寬寬窄具有調(diào)控作用;光柵與薄膜波導(dǎo)的厚度、位置和數(shù)量能夠?qū)舱穹迮詭鸬讲煌潭鹊囊种谱饔�。此�?還探討了入射模式、光柵厚度和占空比對導(dǎo)模共振反射濾波的影響。最后,通過對等效模型的工作波長隨光柵周期和入射光角度的變化規(guī)律的分析,設(shè)計了兩種氮化鎵亞波長光柵與靜電致動器集成的可調(diào)諧光濾波器結(jié)構(gòu)。一種是利用梳狀致動器與單層強調(diào)制氮化鎵光柵集成,通過施加致動電壓拉神光柵周期,實現(xiàn)與光柵周期相匹配的共振波長位置在552nm-568nm范圍的光柵周期可調(diào)濾波器,其線寬都在3nm以下。另一種利用平板電容致動器與帶抗反射層的浮雕型光柵集成,通過施加致動電壓控制入射角角度,實現(xiàn)共振濾波范圍覆蓋光通信C波段(1530nm-1565nm),且半峰寬滿足密集波分復(fù)用系統(tǒng)100GHz信道要求的角度可調(diào)濾波器。為新型濾波器的設(shè)計提供了數(shù)據(jù)支持。
[Abstract]:The guided mode resonance filter has attracted much attention in recent years because of its simple structure, small size, easy integration, narrow band, high diffraction efficiency, and the development of semiconductor materials and micromachined technology. A tunable optical filter based on the third generation semiconductor material representing gallium nitride is designed by using the guided mode resonance effect. It is necessary to promote the development of optical communication and related optics. The resonance conditions of the resonant phenomenon in the guided mode resonator are calculated and deduced. Then the theoretical design and optical properties of the reflective guided mode resonance filter are studied with the Gallium nitride subwavelength grating as the research object. The emphasis system, weak modulation and cover type are analyzed in detail under the condition that diffraction wave and conduction mode phase match are satisfied. The effect of the structure of relief and three layer waveguide gratings on the spectral properties of resonance wavelength is studied. It is shown that for high spatial frequency waveguide gratings, the modulation coefficient affects the coupling strength and the diffraction efficiency of the spectral reflection response is high or low. The thickness, position and quantity of grating and thin film waveguide can restrain the side band of resonance peak to some extent. In addition, the incident mode is discussed. The effect of grating thickness and duty cycle on the guided mode resonance reflection filtering is analyzed. Finally, the variation of the equivalent model wavelength with the grating period and the incident light angle is analyzed. In this paper, two tunable optical filter structures for the integration of gallium nitride subwavelength grating and electrostatic actuator are designed. A grating periodic tunable filter with a resonant wavelength position matching the grating period is realized in the range of 552nm-568nm, the linewidth of which is below 3nm. Another type of grating is integrated with an embossed grating with an anti-reflection layer by using a flat plate capacitive actuator. By applying the actuation voltage to control the angle of incidence, The resonant filtering range covers the C band 1530nm-1565nmM of optical communication, and the half-peak width meets the requirements of the 100GHz channel in dense wavelength division multiplexing (DWDM) system, which provides the data support for the design of the new filter.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN713

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本文編號：1649456