【摘要】：硅基光學芯片可以與現(xiàn)代半導體晶圓加工工藝相兼容,為紅外光譜、探測、通信、計算等系統(tǒng)的低成本、小型化、大規(guī)模集成帶來可能性。單晶硅在紅外波段具有很低的吸收損耗和較大的折射率,紅外波段在通信、物質(zhì)檢測等領域都有著獨特的優(yōu)勢,因此各國的科學及工業(yè)界都在不斷加大對基于硅基光學芯片的紅外光學系統(tǒng)原理及應用研究的投入。借助于半導體工藝的發(fā)展,硅基光學芯片在近幾年得到了快速的發(fā)展,但是由于材料及體積的限制,許多用于自由空間的光學元器件無法有效地移植到硅基芯片上,普遍存在插入損耗大,效率低等不足。因此本論文利用硅的低吸收損耗、高折射率特性,研究了幾種新型的硅基芯片上的紅外調(diào)控器件。研究了一種基于硅基亞波長光柵的反射結(jié)構(gòu)。分析了高折射率光柵的內(nèi)部模式耦合對紅外光傳輸?shù)挠绊憽⒉▽Ｊ揭敫邔Ρ裙鈻?通過Fabry Pérot模式、波導模式和光柵模式的多種光學模式耦合實現(xiàn)了超寬頻譜、高反射率的亞波長光柵反射結(jié)構(gòu)。高反射頻率區(qū)間與中心頻率的比值達到30%,高反射角度范圍到40°以上。研究了不同襯底結(jié)構(gòu)對反射光柵反射率的影響及該多模式耦合的反射光柵對光學微腔帶來的色散特性�；诟叻瓷渎使鈻旁O計了硅基光學芯片上的濾波結(jié)構(gòu)。研究了非對稱結(jié)構(gòu)對波導模式、光柵模式等光柵結(jié)構(gòu)中的束縛態(tài)光學模式的影響。通過破壞光柵結(jié)構(gòu)的對稱性,實現(xiàn)了光學芯片上的正入射Fano共振濾波器。研究了不同模式耦合對濾波器共振頻率、品質(zhì)因素等性能的影響。分析了不同加工條件下對濾波器的性能影響。研究了一種硅基光學芯片上的偏振旋轉(zhuǎn)器。研究了硅基矩形波導內(nèi)的模式演化,設計了一種可以有效提高自由空間到硅波導耦合效率的反向漸變波導耦合器�；诶碚撚嬎�,制備了雙層波導結(jié)構(gòu)硅基波導旋轉(zhuǎn)器。實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率、低損耗的偏振旋轉(zhuǎn)器�；诠璨▽У钠裥D(zhuǎn)器,研究了硅基光學芯片上可用于量子計算的量子受控非門和互換門。利用波導內(nèi)的偏振旋轉(zhuǎn)器、硅基波導間的偏振分光器設計了基于路徑、偏振量子位的兩種受控非門。在兩種受控非門基礎上設計了基于路徑、偏振量子位光學芯片上的量子互換門。研究了量子互換門的插入損耗及操作矩陣。
【圖文】：

[40]用于密集波分復用系統(tǒng)的激光器芯片一般由增益區(qū)、波長調(diào)節(jié)區(qū)、功率補償區(qū)、監(jiān)視區(qū)和調(diào)制區(qū)幾部分共同組成。圖 1-1 所示為 JohnE.Johnson，，ThomasL.Koch[40]等人 2001 年提出的一種激光器芯片結(jié)構(gòu)及其功率譜。該芯片實現(xiàn)信道間距 50GHz，

圖 1-2 垂直面發(fā)射激光器（VCSEL）結(jié)構(gòu)示意圖[4Fig. 1-2 Basic design of an oxide-confined VCSEL不僅可以集成傳統(tǒng)的連續(xù)激光器，利用高精刻蝕出品質(zhì)因數(shù)超高的光學微腔。由于超高的
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN491

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1 周永光;李民權;潘旭;沈純純;李玄玄;;一種新型金屬光柵結(jié)構(gòu)透射增強特性研究[J];光通信技術;2017年03期

2 潘星辰,莊松林;用總極值方法進行零位光柵結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設計[J];儀器儀表學報;1988年01期

3 盧維美;集成光柵器件與微細加工技術[J];電工電能新技術;1989年01期

4 郝宇;孫曉紅;孫q

本文編號：2677724