【摘要】：現(xiàn)代社會微電子器件的集成度越來越高,但對數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬的的需求也越來越高,傳統(tǒng)的電子器件已經(jīng)達到了傳輸極限。硅基光電子器件具有傳輸帶寬大、速率快、抗電磁干擾、與CMOS兼容、制作成本低等優(yōu)點,在光通信、光存儲等許多重要領域都廣泛應用,成為下一代信息技術(shù)的重要基石。其中結(jié)構(gòu)簡單、功能多樣的微腔成為了硅基光電子器件的重要基礎器件。利用硅基微腔進行絕熱波長轉(zhuǎn)換是近來的一個研究熱點,它通過在小于光子壽命的時間內(nèi)動態(tài)地改變微腔的某些性質(zhì),使限制在腔內(nèi)的光子頻率偏移到新頻率即可以動態(tài)轉(zhuǎn)換光頻,可用于波分復用等�；隈詈衔⑶徊⒊靹討B(tài)調(diào)節(jié)微腔性質(zhì),可使群速度減小甚至為零,實現(xiàn)光被限制于微腔內(nèi),可用于延時、緩存和存儲。這種方法打破了光子結(jié)構(gòu)中時延和帶寬之間的平衡,可較大地延長存儲時間,不失為實現(xiàn)光存儲的好方法。本論文對硅基微腔的絕熱轉(zhuǎn)換機理與器件進行了深入研究,研究了上下話路型單環(huán)諧振器和類行波F-P諧振腔中的絕熱波長轉(zhuǎn)換。提出了一種基于雙波導耦合雙環(huán)(2R2B)的光存儲結(jié)構(gòu),通過對微環(huán)的絕熱調(diào)控,可快速改變系統(tǒng)控制Q值,從而實現(xiàn)光的存儲與釋放。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用FDTD仿真并分析了微環(huán)諧振器和類行波F-P諧振腔內(nèi)的絕熱波長轉(zhuǎn)換過程,驗證了微腔絕熱波長轉(zhuǎn)換與折射率改變速率無關,而波長轉(zhuǎn)換量(35)?與折射率改變量(35)n成正比,以及波長轉(zhuǎn)換效率的影響因素。此波長轉(zhuǎn)換主要依靠改變微環(huán)折射率來進行,且折射率的改變需要空間均勻性,非均勻改變會引起環(huán)內(nèi)非絕熱波長轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生多個波長。(2)基于傳輸矩陣法和時域耦合模理論建立了單環(huán)諧振器和2R2B結(jié)構(gòu)的理論模型,然后采用Matlab進行計算并分析了單環(huán)和2R2B結(jié)構(gòu)的輸出與諧振波長、振幅透射比和雙環(huán)半徑之比的關系,確定雙環(huán)的參數(shù)以及初始狀態(tài)時能夠引起雙環(huán)共振的波長,計算了該結(jié)構(gòu)時域光場的動態(tài)變化。然后,采用FDTD對2R2B結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值仿真,在弱耦合時得到類電磁感應透明諧振峰譜,并理論上證實了通過快速調(diào)控與波導耦合微環(huán)的折射率,可有效地控制耦合微環(huán)系統(tǒng)的Q值變化,從而實現(xiàn)光信號的動態(tài)存儲與釋放。(3)采用電子束曝光與感應耦合等離子體刻蝕等工藝,制備出了硅基單個微環(huán)諧振器和類行波F-P諧振腔,對兩種器件進行了頻域譜測試,其傳輸特性與理論仿真基本吻合,Q值超過7000。同時,制備出基于低Q環(huán)(半徑~28μm)和高Q環(huán)(半徑~21μm)耦合的2R2B結(jié)構(gòu)器件,調(diào)節(jié)雙環(huán)之間的耦合間距獲得了較理想的類電磁感應透明諧振峰,并證實當調(diào)節(jié)一個微腔的諧振峰后,耦合系統(tǒng)的Q值發(fā)生了明顯的改變(由10204變?yōu)?9132),因而通過絕熱調(diào)控將可以實現(xiàn)光信號的動態(tài)存儲與釋放。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文它可以用于光通信的很多方面例如波分復用。利用絕熱轉(zhuǎn)換還可以壓縮系統(tǒng)帶寬從而實現(xiàn)系統(tǒng)慢光/光存儲。系統(tǒng)帶寬可隨時間發(fā)生變化，當光在系統(tǒng)內(nèi)時減小系統(tǒng)帶寬可使系統(tǒng)內(nèi)的光譜壓縮，甚至可將光的群速度減小為零，且整個過程是絕熱的，所以系統(tǒng)的帶寬恢復后群速度也恢復，系統(tǒng)內(nèi)的光無損耗地恢復正常傳輸。如圖 1-1(b所示為其原理示意圖。絕熱轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)方式多樣如通過電光效應、全光效應等。且與一般動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性質(zhì)相比，絕熱轉(zhuǎn)換發(fā)生需要滿足條件：(1) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)性質(zhì)的時間小于系統(tǒng)的光子壽命；(2)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需保持空間均勻性。(a)(b)

全光光開關[57]。這對控制微環(huán)內(nèi)的光提供了一個優(yōu)良的方法即通過外加泵浦來改變微環(huán)的折射率，為實現(xiàn)光存儲也提供了可能。結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-5 所示。圖 1-5 全光光開關示意圖以及其信號光時域輸出譜[57]2006 年，Q. Xu 和 S. Sandhu 等人在硅基上做出了應用類 EIT 效應的并聯(lián)微環(huán)耦合諧振器，微環(huán)直徑僅為 10um，通過調(diào)整微環(huán)之間的間距首次驗證了尺寸極小的微環(huán)器件也能產(chǎn)生類 EIT 效應[58]，為實際利用微環(huán)器件實現(xiàn)全光慢光/光存儲提供了可能性。器件結(jié)構(gòu)圖如圖 1-6 所示。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN403

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李光;陳文彬;刁庚秀;;全介質(zhì)微腔OLED的應用[J];現(xiàn)代顯示;2006年05期

2 ;硅基微腔加強光致發(fā)光[J];國外激光;1994年11期

3 李云輝,江海濤,李宏強,張冶文;光子晶體微腔研究進展[J];同濟大學學報(自然科學版);2005年07期

4 唐水晶;李貝貝;肖云峰;;回音壁模式光學微腔傳感[J];物理;2019年03期

5 楊慧彬;孫巖洲;蘇大體;;微腔介質(zhì)阻擋放電憶阻特性分析[J];電子測量技術(shù);2017年04期

6 鄒長鈴;董春華;崔金明;孫方穩(wěn);楊勇;吳曉偉;韓正甫;郭光燦;;回音壁模式光學微腔:基礎與應用[J];中國科學:物理學 力學 天文學;2012年11期

7 熊祖洪,史華忠,樊永良,張松濤,詹義強,何鈞,鐘高余,徐少輝,柳毅,王曉軍,王子君,丁訓民,黃維,侯曉遠;電致發(fā)光色純性增強的硅基有機微腔[J];物理學報;2003年05期

8 張春玉;劉星元;套格套;王立軍;;耦合結(jié)構(gòu)有機微腔的光致發(fā)光特性[J];發(fā)光學報;2007年03期

9 劉星元,馮紀蒙,劉云,梁春軍,趙東旭,洪自若,趙家民,鄂樹林,李文連,虞家琪,王立軍;多模發(fā)射的單層有機光學微腔[J];發(fā)光學報;1999年04期

10 劉申;廖常銳;王義平;;光纖氣泡微腔傳感技術(shù)[J];應用科學學報;2018年01期

相關會議論文 前10條

1 岳守振;王鵬;趙毅;;微腔有機電致發(fā)光器件光學特性的模擬研究[A];全國第15次光纖通信暨第16屆集成光學學術(shù)會議論文集[C];2011年

2 王立軍;寧永強;劉星元;;微腔物理及微腔激光[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

3 張婷;胡古今;洪學濵;商景林;褚君浩;戴寧;;鐵電光學微腔的構(gòu)筑與性能表征[A];上海市激光學會2009年學術(shù)年會論文集[C];2009年

4 楊立功;吳鵬;秦曉蕓;顧培夫;陳海星;劉旭;;雙金屬鏡微腔結(jié)構(gòu)中單介質(zhì)調(diào)諧層的設計[A];2004年光學儀器研討會論文集[C];2004年

5 楊立功;吳鵬;秦曉蕓;顧培夫;陳海星;劉旭;;雙金屬鏡微腔結(jié)構(gòu)中單介質(zhì)調(diào)諧層的設計[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學學會2004年學術(shù)大會論文集[C];2004年

6 周坤;崔金明;黃運鋒;;基于紫外光纖微腔的離子熒光收集[A];第十七屆全國量子光學學術(shù)會議報告摘要集[C];2016年

7 賈銳;江德生;譚平恒;孫寶權(quán);;玻璃球形微腔中的量子點[A];第一屆全國納米技術(shù)與應用學術(shù)會議論文集[C];2000年

8 謝澤鋒;周翔;;高效率金屬微腔OLEDs性能的研究[A];第11屆全國發(fā)光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

9 劉曉斐;雷府川;楊旭;王川;龍桂魯;;基于增益競爭的回音壁模式微腔的調(diào)控[A];第十七屆全國量子光學學術(shù)會議報告摘要集[C];2016年

10 劉濤;張?zhí)觳?王軍民;彭X墀;;微腔中的光學耦極俘獲[A];第十屆全國量子光學學術(shù)報告會論文論文集[C];2002年

相關博士學位論文 前10條

1 馮彥林;微腔中光與簡并費米氣體的多體效應及量子相變[D];山西大學;2019年

2 梁磊;回音壁微腔的光學特性與傳感應用研究[D];西北大學;2019年

3 劉帥;基于回音壁光學微腔的模式激發(fā)與調(diào)控研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

4 于洋;基于微納光纖的一維光子晶體微腔及其應用的研究[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2017年

5 曹坤健;液體填充型光纖微腔的制備及傳感特性[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

6 劉曉斐;鉺離子摻雜回音壁光學微腔增益性質(zhì)的研究[D];清華大學;2017年

7 吳勝楠;基于光纖微腔的新型結(jié)構(gòu)傳感器的應用研究[D];浙江大學;2018年

8 胡曉鴻;微腔內(nèi)光場的非線性演化機理與克爾光頻梳產(chǎn)生理論研究[D];中國科學院大學(中國科學院西安光學精密機械研究所);2017年

9 周健;基于高性能分束器與光子晶體微腔集成的傳感復用性能研究[D];北京郵電大學;2019年

10 何玲燕;光學微腔中的非線性效應及其在量子信息中的應用研究[D];北京郵電大學;2019年

相關碩士學位論文 前10條

1 張峰;回音壁模式光學微腔的制備及其應用研究[D];浙江師范大學;2019年

2 張靖;WGM光學微腔在傳感及量子隧穿中的應用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

3 張然;高分子光學共振微腔的微流控制備研究和性能表征[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

4 郭棟;光學微腔中光熱振蕩的傳感研究[D];浙江工業(yè)大學;2019年

5 馬瑞隆;可調(diào)諧的氧化硅回音壁模式光學微腔應用研究[D];華中科技大學;2019年

6 劉凡;基于D型微腔結(jié)構(gòu)的三包層石英基特種光纖傳感器的研究[D];燕山大學;2019年

7 郭志芳;硅基微腔絕熱轉(zhuǎn)換機理與器件研究[D];華中科技大學;2019年

8 任昌燕;基于高Q石英微球腔的光學應用研究[D];廈門大學;2018年

9 盧宇;基于錐形回音壁模式微腔的法諾共振研究[D];南京大學;2019年

10 孫洋;基于腔光力學的機械振子全光調(diào)控[D];北京郵電大學;2019年

，

本文編號：2685711