【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展和智慧城市的建設(shè),片上光互連在數(shù)據(jù)中心、高性能計算機(jī)等高速、高密度信息傳輸領(lǐng)域的優(yōu)勢更加突出,光子集成芯片已經(jīng)成為國際競爭最激烈的領(lǐng)域之一。隨著片上光子集成的集成密度越來越高和WDM技術(shù)的應(yīng)用,用來傳輸信號的光波導(dǎo)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(yán)峻。三維光子集成結(jié)構(gòu)可以從物理上有效地避免波導(dǎo)交叉,實(shí)現(xiàn)在有限的芯片面積上進(jìn)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(jié)構(gòu)中的光耦合接口進(jìn)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(jié)構(gòu)的光耦合接口,本文主要工作內(nèi)容如下:(1)首次設(shè)計并提出了一種應(yīng)用于3D光集成的雙層光柵耦合器結(jié)構(gòu),本設(shè)計可作為3D光集成結(jié)構(gòu)中的光耦合接口,用于片外光源和三維集成結(jié)構(gòu)中各層的光波導(dǎo)之間的經(jīng)濟(jì)、高效地光耦合。(2)利用2-FDTD方法仿真設(shè)計單向垂直耦合的硅基一維光柵耦合器結(jié)構(gòu),器件由啁啾光柵和均勻光柵組成,設(shè)計時采用粒子群算法對5個設(shè)計參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化,得到光柵的耦合效率為51.4%。(3)重點(diǎn)研究了3D光集成的雙層硅材料的光柵耦合器結(jié)構(gòu),并采用3D-FDTD方法對器件進(jìn)行建模仿真,仿真得到在波長為1550nm時,上下兩個硅波導(dǎo)層分別能獲得25%和28%的歸一化光功率。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了單一片外光源供光,三維集成結(jié)構(gòu)中的兩層硅波導(dǎo)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(guān)的結(jié)構(gòu),仿真得到在入射光波長1536-1558nm區(qū)間內(nèi),光集成鏈路的PDL最高不超過0.5dB。(4)設(shè)計了高效率垂直耦合的氮化硅光柵耦合器,耦合效率達(dá)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(jié)構(gòu),從耦合譜線分析,分別對應(yīng)于TE和TM偏振態(tài)的上下兩個波導(dǎo)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。
【圖文】：

隨著大數(shù)據(jù)時代發(fā)展和智慧城市的建設(shè)，超高速率、超大容量信息傳輸和數(shù)逡逑據(jù)實(shí)時交換能力己經(jīng)成為人們追逐的一大熱點(diǎn)問題，而光子集成技術(shù)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(shí)驗(yàn)室的Ｍｉｌｌｅｒ博士最先提逡逑出采用集成光路＾來補(bǔ)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(shí)現(xiàn)高速、高效、低串?dāng)_的信息傳輸。逡逑與平面集成光學(xué)類似，，如圖１－１所示，構(gòu)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(dá)到了邋４５ＧＨｚ，響應(yīng)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(shí)現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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：2681142