【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展和智慧城市的建設,片上光互連在數(shù)據(jù)中心、高性能計算機等高速、高密度信息傳輸領域的優(yōu)勢更加突出,光子集成芯片已經成為國際競爭最激烈的領域之一。隨著片上光子集成的集成密度越來越高和WDM技術的應用,用來傳輸信號的光波導的交叉損耗不容小覷,而且信道中的不可避免的噪聲問題也在制約著光芯片的小型化,單層硅光子芯片有限空間的密集集成問題日趨嚴峻。三維光子集成結構可以從物理上有效地避免波導交叉,實現(xiàn)在有限的芯片面積上進一步增加器件的集成密度,使芯片具有更高的光互連能力。本論文主要對三維光子集成結構中的光耦合接口進行了研究。研究目的是為了獲得高效、穩(wěn)定的三維光子集成結構的光耦合接口,本文主要工作內容如下:(1)首次設計并提出了一種應用于3D光集成的雙層光柵耦合器結構,本設計可作為3D光集成結構中的光耦合接口,用于片外光源和三維集成結構中各層的光波導之間的經濟、高效地光耦合。(2)利用2-FDTD方法仿真設計單向垂直耦合的硅基一維光柵耦合器結構,器件由啁啾光柵和均勻光柵組成,設計時采用粒子群算法對5個設計參數(shù)進行全局優(yōu)化,得到光柵的耦合效率為51.4%。(3)重點研究了3D光集成的雙層硅材料的光柵耦合器結構,并采用3D-FDTD方法對器件進行建模仿真,仿真得到在波長為1550nm時,上下兩個硅波導層分別能獲得25%和28%的歸一化光功率。該結構實現(xiàn)了單一片外光源供光,三維集成結構中的兩層硅波導層同時獲得均衡且穩(wěn)定的光功率的功能。由兩個雙層光柵耦合器組成的光集成鏈路是低偏振相關的結構,仿真得到在入射光波長1536-1558nm區(qū)間內,光集成鏈路的PDL最高不超過0.5dB。(4)設計了高效率垂直耦合的氮化硅光柵耦合器,耦合效率達到了57%。并由此研究了硅基氮化硅材料的雙層光柵耦合器結構,從耦合譜線分析,分別對應于TE和TM偏振態(tài)的上下兩個波導層中的光耦合譜線十分接近,歸一化光功率分別為26%和27.3%,不同光子層中獲得的光功率較為均衡。
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隨著大數(shù)據(jù)時代發(fā)展和智慧城市的建設，超高速率、超大容量信息傳輸和數(shù)逡逑據(jù)實時交換能力己經成為人們追逐的一大熱點問題，而光子集成技術的發(fā)展對解逡逑決上述問題提供了有效的方案。１９６９年，美國貝爾實驗室的Ｍｉｌｌｅｒ博士最先提逡逑出采用集成光路＾來補充集成電路的不足，即在集成光路中采用光功能器件代替逡逑微電子器件，采用光子代替電子傳輸信息，實現(xiàn)高速、高效、低串擾的信息傳輸。逡逑與平面集成光學類似，，如圖１－１所示，構建一個完整的硅基片上光子集成回路需逡逑

其３ｄＢ帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率分別為２００ＧＨｚ和３０Ｇｂｉｔ／ｓ＇圖ｌ－２（ｂ）是ＳａｎＭＩＴ等單位合作研制的硅基鍺探測器［９］，器件采用與ＣＭＯＳ工藝相工藝，帶寬達到了邋４５ＧＨｚ，響應度為０．８Ａ／Ｗ，暗電流僅為３ｎＡ。目的研發(fā)已趨于成熟，除了硅基光源外，大部分的硅光子器件都能實現(xiàn)
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN253

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本文編號：2681142