發(fā)布時間：2020-05-23 17:46

【摘要】：硅基光學(xué)芯片可以與現(xiàn)代半導(dǎo)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(lǐng)域都有著獨特的優(yōu)勢,因此各國的科學(xué)及工業(yè)界都在不斷加大對基于硅基光學(xué)芯片的紅外光學(xué)系統(tǒng)原理及應(yīng)用研究的投入。借助于半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,硅基光學(xué)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(xué)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�。將波�?dǎo)模式引入高對比光柵,通過Fabry Pérot模式、波導(dǎo)模式和光柵模式的多種光學(xué)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(dá)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(xué)微腔帶來的色散特性。基于高反射率光柵設(shè)計了硅基光學(xué)芯片上的濾波結(jié)構(gòu)。研究了非對稱結(jié)構(gòu)對波導(dǎo)模式、光柵模式等光柵結(jié)構(gòu)中的束縛態(tài)光學(xué)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(xué)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(xué)芯片上的偏振旋轉(zhuǎn)器。研究了硅基矩形波導(dǎo)內(nèi)的模式演化,設(shè)計了一種可以有效提高自由空間到硅波導(dǎo)耦合效率的反向漸變波導(dǎo)耦合器。基于理論計算,制備了雙層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)硅基波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)器。實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率、低損耗的偏振旋轉(zhuǎn)器。基于硅波導(dǎo)的偏振旋轉(zhuǎn)器,研究了硅基光學(xué)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(dǎo)內(nèi)的偏振旋轉(zhuǎn)器、硅基波導(dǎo)間的偏振分光器設(shè)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(chǔ)上設(shè)計了基于路徑、偏振量子位光學(xué)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(fù)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(xué)微腔。由于超高的
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN491

【相似文獻(xiàn)】

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

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

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

4 郝宇;孫曉紅;孫q

本文編號：2677724