【摘要】：光通信和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)光子集成芯片(PIC)集成度和功能提出了更高的要求。多層波導(dǎo)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)三維集成,提高芯片集成度并擴(kuò)展器件功能,但工藝難度大,對(duì)波導(dǎo)器件優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求高。探索合適的實(shí)現(xiàn)單、多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)波導(dǎo)器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,十分重要。本文提出了光波導(dǎo)無源器件半約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,以硅基二氧化硅(SoS)雙層波導(dǎo)無源器件為例,進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文首先定義了光波導(dǎo)無源器件的目標(biāo)函數(shù)和變換度,目標(biāo)函數(shù)評(píng)估器件性能,變換度衡量器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。確定了在變換度約束下實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最小目標(biāo)函數(shù),分別建立了基于半約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的一、二維分區(qū)模型,確定了光波導(dǎo)無源器件耦合區(qū)變換單元分區(qū),并分別給出了一、二維分區(qū)模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法流程。接著,本文確定以SoS雙層波導(dǎo)無源器件為例,驗(yàn)證半約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法�；谟邢拊▽�(duì)SoS雙層波導(dǎo)進(jìn)行模式分析,在1310 nm和1550 nm波長(zhǎng)下,獲得單模傳輸條件,分析了波導(dǎo)尺寸、雙層波導(dǎo)間隔和雙層波導(dǎo)相對(duì)偏移對(duì)傳輸模式的影響,確定了雙層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后,本文基于所提方法優(yōu)化設(shè)計(jì)了SoS雙層波導(dǎo)無源器件,分別采用基于半約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的一、二維分區(qū)模型,優(yōu)化設(shè)計(jì)了多模波導(dǎo)3 dB耦合器和波分解復(fù)用器,獲得了器件結(jié)構(gòu)及最佳參數(shù),仿真分析了器件性能,分析了工藝容差對(duì)器件性能的影響。最后,對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)出的波分解復(fù)用器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。流片制備出SoS雙層波導(dǎo)及波分解復(fù)用器,搭建了波分解復(fù)用器耦合測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試獲得波分解復(fù)用器芯片插入損耗、消光比、偏振相關(guān)損耗等參數(shù),測(cè)試結(jié)果與優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果一致,但在1550 nm波長(zhǎng)處,消光比偏低,偏振相關(guān)損耗偏大。分析了誤差來源,發(fā)現(xiàn)雙層波導(dǎo)上層薄膜應(yīng)力不均勻是導(dǎo)致性能偏差的主要原因。
【圖文】：

-SOI 多層波導(dǎo)SOI 多層波導(dǎo)是通過前道工序或后道工序?qū)?SiN 層集成在 SO，從而將在 SiN 層實(shí)現(xiàn)的無源功能與在 SOI 層實(shí)現(xiàn)的有源功低損耗的 SiN 波導(dǎo)，低損耗低串?dāng)_的波導(dǎo)交叉，以及低損耗導(dǎo)的常用幾何結(jié)構(gòu)包括以下幾種：高限制型的有效模面積小800 nm；中度限制型的有效模面積約為 1 μm2，通過間隔 500nm 的 SiN 波導(dǎo)限制光傳輸；低限制型的有效模面積約為 5 μ80-100 nm�？梢酝ㄟ^低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)或等離子體)沉積SiN。LPCVD需要800°C左右的高溫，通常產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量以在低于 400 °C 的溫度下進(jìn)行，產(chǎn)生非化學(xué)計(jì)量的 SiN(SixN的 SiN 波導(dǎo)使用 LPCVD 技術(shù)，，而高限制型的波導(dǎo)使用 L。目前損耗最低的 SiN 波導(dǎo)使用低限制型的幾何結(jié)構(gòu)以降低達(dá)到 0.1dB/m 的超低傳輸損耗[7]，高限制型的 SiN 波導(dǎo)目前

-SOI 多層波導(dǎo)SOI 多層波導(dǎo)是通過前道工序或后道工序?qū)?SiN 層集成在 SO，從而將在 SiN 層實(shí)現(xiàn)的無源功能與在 SOI 層實(shí)現(xiàn)的有源功低損耗的 SiN 波導(dǎo)，低損耗低串?dāng)_的波導(dǎo)交叉，以及低損耗導(dǎo)的常用幾何結(jié)構(gòu)包括以下幾種：高限制型的有效模面積小800 nm；中度限制型的有效模面積約為 1 μm2，通過間隔 500nm 的 SiN 波導(dǎo)限制光傳輸；低限制型的有效模面積約為 5 μ80-100 nm。可以通過低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)或等離子體)沉積SiN。LPCVD需要800°C左右的高溫，通常產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量以在低于 400 °C 的溫度下進(jìn)行，產(chǎn)生非化學(xué)計(jì)量的 SiN(SixN的 SiN 波導(dǎo)使用 LPCVD 技術(shù)，而高限制型的波導(dǎo)使用 L。目前損耗最低的 SiN 波導(dǎo)使用低限制型的幾何結(jié)構(gòu)以降低達(dá)到 0.1dB/m 的超低傳輸損耗[7]，高限制型的 SiN 波導(dǎo)目前
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN252;TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 文慶;微波無源器件有限元—模式匹配法研究[D];電子科技大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2682099