【摘要】：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Convertor,ADC)的功能是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,是模擬世界和數(shù)字世界的橋梁,是當今數(shù)字化時代的重要技術(shù)基石之一,在軍、民各領(lǐng)域都具有極其重要的作用。隨著人們對數(shù)據(jù)業(yè)務需求的日益增長,由于電ADC的時間抖動以及比較器模糊等瓶頸,借鑒于光ADC可以進一步克服電子瓶頸所帶來的阻礙,也便于實現(xiàn)光路的片上集成的優(yōu)勢,光ADC被提出并得到廣泛關(guān)注。就目前報道來看,可集成的光ADC還處于各關(guān)鍵單元器件不斷完善的階段。在對單元器件設計和實現(xiàn)的過程中,尤其是測試過程中,用于單元器件與測試光纖耦合的光柵耦合器扮演著重要的角色。針對不同的測試需求,需要設計不同特性的光柵耦合器,并將其完善至元器件庫,對光ADC走向?qū)嵱镁哂兄匾饬x。鑒于此,該論文圍繞硅基光柵耦合器展開研究。論文的主要工作內(nèi)容如下:1.提出了增加光柵耦合器耦合效率的切趾光柵耦合器結(jié)構(gòu)。通過設計光柵耦合器的占空比,使光柵耦合器的有效折射率呈切趾形式變化,使得其出射光場由指數(shù)形式變?yōu)榻咚剐问?減少了它與光纖之間由于模式不匹配而產(chǎn)生的耦合損耗,進而增加耦合效率。在滿足MPW工藝的前提下,通過2D FDTD仿真,分別對切趾光柵耦合器的光柵未刻蝕部分k1、未刻蝕部分的增量△、周期數(shù)n以及光纖位置進行優(yōu)化,最終得到k1=180nm,△=10nm,n=12的切趾光柵耦合器,耦合損耗由普通光柵耦合器的-2.8 dB,減小到了-2.71dB。2.提出了增加光柵耦合器工作帶寬的啁啾光柵耦合器結(jié)構(gòu)。通過設計光柵耦合器的周期呈啁啾形式變化。如果將每一個小周期看作為獨立的單元,那么對于每一個小周期來說,它們有著各自的中心波長,而由這些小周期的透射譜的包絡組成的整個啁啾光柵耦合器的透射譜將會被展寬,即工作帶寬增加。在滿足MPW工藝的前提下,通過2D FDTD仿真,分別對啁啾光柵耦合器的初始周期AQ、啁啾量△c進行優(yōu)化,最終得到兩組比較好的2D結(jié)果(相比于普通標準光柵ldB帶寬為47nm,3dB帶寬為81nm)。一組為A0=605 nm,Ac=8nm,其ldB帶寬為64nm,3dB帶寬為123nm,耦合損耗為-4.01dB;另一組為Ao=605 nm,△c=12nm的啁啾光柵耦合器,其1dB帶寬為78nm,3dB帶寬為130nm,耦合損耗為-5.05dB�？梢愿鶕�(jù)不同的實際情況,選擇不同的啁啾光柵耦合器。3.光柵耦合器的制作與測試。使用3D FDTD對上述切趾光柵耦合器和啁啾光柵耦合器進行驗證和優(yōu)化。最終,切趾光柵耦合器耦合損耗由普通光柵耦合器的-4.14dB,減小到了-3.3dB;啁啾光柵耦合器相對于標準光柵耦合器,ldB帶寬提高了 26nm,3dB的帶寬提高了50nm。在滿足MPW的前提下,將3D仿真結(jié)構(gòu)導出畫成版圖,并送到代工廠加工,最后使用實驗室的垂直耦合平臺完成了對標準光柵耦合器的測試。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN792
【圖文】：

逑年，Ａｌｅｊａｎｄｒｏ等人提出一種新型的零級光柵楩合器，中心波長為１．５５ｎｍ，入射逡逑光為準ＴＥ偏振光，耦合效率為９１％（－０．４１ｄＢ），ｌｄＢ帶寬為１２６ｎｍ［４（）］，如圖１－逡逑２所示。我們可以看到這個光柵耦合器的結(jié)構(gòu)比較復雜，工藝方面很難實現(xiàn)，并逡逑且不利于商業(yè)化，但是它從科研方面給予了借鑒的意義，該光柵耦合器的各方面逡逑性能都比較好。同年，Ｈｓｉｎ－ＬｕｎＴｓｅｎｇ等人在光柵耦合器的末端加入了光柵反射逡逑結(jié)構(gòu)［４１１，使得特定波長的光能夠重新返回光柵，再耦合到光纖中，它的中心波長逡逑為１３１０ｎｍ，耦合損耗為－１．４６ｄＢ，３ｄＢ帶寬為２０ｎｍ，背向反射為－２４ｄＢ。逡逑Ａｃｃｅｓｓ邋ｔａｐｅｒ邋（ｆｏｐ邋ｖｉｅｗ）邐／逡逑＾■ｔａｐｏｆ．１邋Ｕａｐｃｒ．２邐！《？》邐／逡逑二ｒｐ（ｉｎｎｎｒ［ｎｎｎｎｎｎ邋|!逡逑３＾ｍ邐４－邐Ｕ．．．．．Ｉ－邐逡逑￥．－邐－—邐邐逡逑圖１－２零階光柵耦合器結(jié)構(gòu)圖Ｍ

逑年，Ａｌｅｊａｎｄｒｏ等人提出一種新型的零級光柵楩合器，中心波長為１．５５ｎｍ，入射逡逑光為準ＴＥ偏振光，耦合效率為９１％（－０．４１ｄＢ），ｌｄＢ帶寬為１２６ｎｍ［４（）］，如圖１－逡逑２所示。我們可以看到這個光柵耦合器的結(jié)構(gòu)比較復雜，工藝方面很難實現(xiàn)，并逡逑且不利于商業(yè)化，但是它從科研方面給予了借鑒的意義，該光柵耦合器的各方面逡逑性能都比較好。同年，Ｈｓｉｎ－ＬｕｎＴｓｅｎｇ等人在光柵耦合器的末端加入了光柵反射逡逑結(jié)構(gòu)［４１１，使得特定波長的光能夠重新返回光柵，再耦合到光纖中，它的中心波長逡逑為１３１０ｎｍ，耦合損耗為－１．４６ｄＢ，３ｄＢ帶寬為２０ｎｍ，背向反射為－２４ｄＢ。逡逑Ａｃｃｅｓｓ邋ｔａｐｅｒ邋（ｆｏｐ邋ｖｉｅｗ）邐／逡逑＾■ｔａｐｏｆ．１邋Ｕａｐｃｒ．２邐！《？》邐／逡逑二ｒｐ（ｉｎｎｎｒ［ｎｎｎｎｎｎ邋|!逡逑３＾ｍ邐４－邐Ｕ．．．．．Ｉ－邐逡逑￥．－邐－—邐邐逡逑圖１－２零階光柵耦合器結(jié)構(gòu)圖Ｍ

合器的認識不斷加深，它的研究取得了一些比較好的成果。２００７年，Ｇｔｉｎｔｈｅｒ逡逑Ｒｏｅｌｋｅｎｓ等人提出了兩步刻蝕光柵的方法，一部分是正常的光柵刻蝕，另一部分逡逑是在光柵的前端刻蝕一個凹槽［４７］，如圖１－４所示，與正常的光柵相比，它的前端逡逑波導部分有一個凹槽，凹槽的作用是將有效地二階衍射的光再次反射回光柵，減逡逑小了二階反射對耦合效率的影響，使得在１．５５叫ｎ處的光的耦合效率達到８０％。逡逑但是為了使被狹縫反射的光與輸出光干涉相消，這就需要非常高的工藝精度，使逡逑得凹槽的位置與光柵的位置之間的距離使我們期望的。逡逑／邋，ｄ．．邋Ａ邋＼逡逑／邋二邋ｊ￣ｆｌ邐Ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ邋ｆｉｂｅｒ邋／邋ＨＮＡ邋Ｆｉｂｅｒ逡逑邐ｎ逡逑、、NB’邐Ｘ＾Ｌ逡逑Ｅｘｔｒａ邋ｓｌｉｔＡ逡逑——逡逑２２０邋ｎｍ邋Ｓｉ邋ＷＧ邋一邐邐逡逑Ｏｘｉｄｅ邋ｂｕｆｆｅｒ邋ｌａｙｅｒ逡逑Ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ逡逑圖１－４帶凹槽的光柵耦合器［４７１逡逑同年，華中科學技術(shù)大學的馮俊波等人提出了一種基于二元閃耀光柵的偏振逡逑分束耦合器，它包括兩層二元閃耀光柵耦合器，其光柵耦合長度小于１４＾ｍ，在逡逑１５５０ｎｍ波長的入射光條件下，上層光柵對ＴＥ波的z1合效率為５８％

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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;用總極值方法進行零位光柵結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設計[J];儀器儀表學報;1988年01期

3 盧維美;集成光柵器件與微細加工技術(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：2794383