【摘要】：隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,為滿足海量數(shù)據(jù)傳輸以及超高速信息處理的需求,具備大帶寬、低延遲和低損耗等優(yōu)勢的光互連技術(shù)已成為未來一大發(fā)展趨勢。在光互連系統(tǒng)中,高性能的光濾波器是實現(xiàn)多通道波分復用、密集波分復用等功能的核心器件。在微波光子技術(shù)領域,將光學濾波器應用于微波信號處理,能夠獲得比微波濾波器更大的帶寬、更低信號延遲以及更強抗電磁干擾等優(yōu)異性能�；诮^緣體上硅(SOI)微環(huán)諧振器的光濾波器,因其濾波性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成等優(yōu)點,在光通信、微波光子等領域具有重要的應用價值,已是光學領域的一個研究熱點。本論文首先從光波導理論出發(fā),計算得到了 SOI亞微米尺寸光波導的單模傳輸條件,并仿真分析了 SOI光波導在不同波導寬度下的光場模式特性變化規(guī)律。為實現(xiàn)光纖與波導的高效耦合,仿真設計了垂直耦合的扇形結(jié)構(gòu)光柵。基于傳輸矩陣的方法,推導出單環(huán)、串聯(lián)雙環(huán)結(jié)構(gòu)諧振器傳輸函數(shù)的計算公式,分析了微環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)(耦合系數(shù)、損耗因子等)對濾波器輸出特性的影響。為實現(xiàn)濾波器的濾波帶寬與中心諧振波長的可調(diào)諧性,在濾波器的耦合區(qū),采用馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)耦合器代替倏逝波耦合器的改進結(jié)構(gòu)。為滿足高矩形度、大帶寬的濾波需求,設計采用非對稱的MZI耦合器與微環(huán)諧振器相結(jié)合的方案。在理論研究和優(yōu)化設計的基礎上,探索了 SOI微環(huán)濾波器的制備工藝,主要包括:電子束光刻、等離子體感應耦合(ICP)刻蝕、蒸發(fā)剝離等。詳細探索并優(yōu)化了電子束光刻工藝和ICP刻蝕工藝中的關(guān)鍵參數(shù),制備出高性能的微環(huán)濾波器�；谧灾鞔罱ǖ墓鈱W測試平臺,研究了濾波器的輸出響應特性。同時,基于SOI單環(huán)的陷波特性,研制出方案簡單、易于集成的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器,其臨界耦合時抑制比大于50 dB,而且具有帶寬以及諧振中心頻率可調(diào)諧的優(yōu)點。最后,探索了 SOI濾波器與InP探測器的異質(zhì)集成技術(shù),采用以BCB聚合物為粘合劑的片上鍵合工藝,實現(xiàn)了 SO1濾波器與InP探測器的片上異質(zhì)集成,并成功獲得了濾波之后的光響應特性。該技術(shù)為實現(xiàn)片上大規(guī)模光子異質(zhì)集成提供了一種實現(xiàn)途徑。
【圖文】：

Ｑ值的主要因素。采用微盤＾７］或者微球結(jié)構(gòu)的諧振腔，Ｑ值高達１０８量級，其逡逑結(jié)構(gòu)如圖Ｕ邋（ａ）和（ｂ）所示，但其制備工藝復雜，同時難以與其它光電器件逡逑集成，而如圖１．１邋（ｃ）所示的波導微環(huán)諧振器［？２３】，由于制作工藝簡單并且與逡逑ＣＭＯＳ工藝兼容，成為研究光濾波器的首選結(jié)構(gòu)。逡逑口一邋？！——逡逑（ａ）環(huán)形波導微盤邐（ｂ）微球邐（ｃ）波導微環(huán)逡逑圖１．１不同結(jié)構(gòu)的諧振腔逡逑降低波導傳輸損耗是提升微環(huán)諧振器Ｑ值的主要途徑。２００４年，加利福尼逡逑亞高新科技研究所Ｔｏｍ邋Ｂａｅｈｒ－ｊｏｎｅｓ等人［２Ｇ］研制的ＳＯＩ環(huán)形諧振器，Ｑ值為逡逑５．７＞＜１0４，微環(huán)半徑為３０邋ｎｍ，波導傳輸損耗為６．６邋ｄＢ／ｃｍ。同年，Ｊ．Ｎｉｅｈｕｓｍａｎｎ逡逑２逡逑

邐電子科學研究院碩士學位論文邐逡逑頂不夠平坦，同時邊緣下降很慢，很難滿足實際應用需求。通過采取多個微環(huán)級逡逑聯(lián)的方式，嚴格設計微環(huán)之間的耦合系數(shù)，可以增加通帶帶寬以及改善濾波曲線逡逑形狀因子。２００６年，ＦｅｎｇｎｉａｎＸｉａ等人［２６１成功制備并測試了邋１６個級聯(lián)的微環(huán)，逡逑微環(huán)的半徑為６．５邋ｐｍ，其結(jié)構(gòu)如圖丨．３邋（ａ）所示，從測試結(jié)果圖丨．３邋（ｂ）中可以逡逑看出，級聯(lián)微環(huán)明顯改善了濾波器輸出曲線的形狀因子以及擴展了濾波帶寬，但逡逑受器件損耗的影響，，微環(huán)個數(shù)越多帶內(nèi)紋波也越大。逡逑
【學位授予單位】：中國電子科技集團公司電子科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN713

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