【摘要】：信息化的時(shí)代,世界上每天都在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù),這些信息數(shù)據(jù)需要高效、快捷的處理,便需要高性能的計(jì)算系統(tǒng),也就對(duì)互連技術(shù)提出了很高的要求。傳統(tǒng)的電互連技術(shù)芯片,其性能的提升依賴于減小導(dǎo)線特征尺寸來實(shí)現(xiàn)高密度集成。然而此技術(shù)正逐漸遇到瓶頸、無以為繼,用光取代電來實(shí)現(xiàn)集成芯片已經(jīng)成為公認(rèn)的有效解決方案,尤其是基于硅基材料的光互連芯片。由于硅折射率遠(yuǎn)高于石英材料,可以進(jìn)一步降低器件尺寸。但是硅基光子集成器件的高折射率差波導(dǎo)結(jié)構(gòu),提高集成度的同時(shí)也帶來了偏振敏感性的問題;另外,將不同功能的光子器件分布在不同層中,既有利于光路的設(shè)計(jì)、信號(hào)的處理,也可以進(jìn)一步提高了器件的集成度和減少光纖使用,因此不同層間的互連傳輸也成為未來的發(fā)展方向。為了解決上述的問題,我們創(chuàng)新性地提出了光柵波導(dǎo)偏振濾波器和層間均等耦合器。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)介紹了硅基光子學(xué)的發(fā)展,對(duì)各種偏振處理器件的原理和性能進(jìn)行了討論,并闡述了不同層間光互連技術(shù)的研究進(jìn)展。(2)對(duì)器件設(shè)計(jì)過程中涉及到的光柵理論、平板波導(dǎo)理論和數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)介。(3)提出了基于光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)型偏振濾波器。利用亞波長光柵衍射耦合機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了特定偏振光不同模式之間的轉(zhuǎn)換,使其由向前傳輸模式轉(zhuǎn)換成背向傳輸模式,而另一正交偏振光的傳輸模式不受影響直接透射,實(shí)現(xiàn)偏振濾波。其中,光柵結(jié)構(gòu)區(qū)主要有兩個(gè)作用:具有多個(gè)波導(dǎo)模式;光柵形成了布拉格反射器反射特定偏振光。文中對(duì)該器件的原理和設(shè)計(jì)過程中各參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行了詳細(xì)討論。本器件具有寬帶寬、高消光比、低插損、大構(gòu)造容差等優(yōu)秀特性,使得光子集成芯片的實(shí)際應(yīng)用更進(jìn)一步。(4)提出了基于光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)型層間均等耦合器。利用光柵衍射耦合原理和光學(xué)共振腔原理,實(shí)現(xiàn)了寬波段的向上和向下均等衍射耦合。通過設(shè)計(jì)光柵高度實(shí)現(xiàn)不同波長的光在不同的位置衍射輸出,還通過光柵占空比的調(diào)節(jié)降低了器件的反射率。文中對(duì)該器件設(shè)計(jì)過程中的各參數(shù)設(shè)定進(jìn)行了詳細(xì)討論。該器件具有寬帶寬、低插損、向上和向下衍射效率可控的特性,為三維層間光互連的靈活組網(wǎng)提供了思路。
【圖文】：

圖 1-1 Intel 硅基集成光路幾大組成模塊Fig.1-1 Several major components of silicon based integrated optical path proposed by Intel.1.2 偏振濾波器的研究進(jìn)展硅基光子學(xué)中，光波導(dǎo)的材料是硅，器件結(jié)構(gòu)則是在硅襯底和上硅層之間引入一層二氧化硅掩埋層，即絕緣體上的硅（Silicon on Insolator, SOI）。得益于硅和二氧化硅之間大的折射率差，SOI 光波導(dǎo)器件具有集成度高、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。眾所周知，光子存在著兩個(gè)偏振方向，在被低折射率材料包覆的硅波導(dǎo)里傳輸時(shí)，光傳輸過程中的偏振敏感性成為一個(gè)嚴(yán)峻的問題，尤其是在光的偏振態(tài)需要嚴(yán)格控制的情況下，比如說量子計(jì)算機(jī)的兩個(gè)正交偏振態(tài)的控制。一般的解決方法是在光路系統(tǒng)中加入偏振濾波器，常見的偏振濾波器有：定向耦合器 DC (Directional Couplers)、馬赫-澤德干涉儀MZIs(Mach ZehnderInterferometers)、多模干涉儀MMI(MultimodeInterference)、

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文耦合器是一種常用的偏振分束器，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于制作型的對(duì)稱定向耦合器結(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)平行放置的相同條形波導(dǎo)組的兩個(gè)偏振光經(jīng)過一定距離的傳輸后，其中一個(gè)偏振光滿足相位旁邊的條形波導(dǎo)中并輸出，而另一束偏振光不滿足相位匹配條件接傳輸輸出，這樣就達(dá)到了偏振分束的目的。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN622;TN713

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2625054