【摘要】：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Convertor,ADC)的功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),是模擬世界和數(shù)字世界的橋梁,是當(dāng)今數(shù)字化時(shí)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(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的日益增長(zhǎng),由于電ADC的時(shí)間抖動(dòng)以及比較器模糊等瓶頸,借鑒于光ADC可以進(jìn)一步克服電子瓶頸所帶來的阻礙,也便于實(shí)現(xiàn)光路的片上集成的優(yōu)勢(shì),光ADC被提出并得到廣泛關(guān)注。就目前報(bào)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(duì)單元器件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過程中,尤其是測(cè)試過程中,用于單元器件與測(cè)試光纖耦合的光柵耦合器扮演著重要的角色。針對(duì)不同的測(cè)試需求,需要設(shè)計(jì)不同特性的光柵耦合器,并將其完善至元器件庫(kù),對(duì)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(shè)計(jì)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(chǎng)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(jìn)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(duì)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(jìn)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(shè)計(jì)光柵耦合器的周期呈啁啾形式變化。如果將每一個(gè)小周期看作為獨(dú)立的單元,那么對(duì)于每一個(gè)小周期來說,它們有著各自的中心波長(zhǎng),而由這些小周期的透射譜的包絡(luò)組成的整個(gè)啁啾光柵耦合器的透射譜將會(huì)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(duì)啁啾光柵耦合器的初始周期AQ、啁啾量△c進(jìn)行優(yōu)化,最終得到兩組比較好的2D結(jié)果(相比于普通標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(cè)試。使用3D FDTD對(duì)上述切趾光柵耦合器和啁啾光柵耦合器進(jìn)行驗(yàn)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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)出畫成版圖,并送到代工廠加工,最后使用實(shí)驗(yàn)室的垂直耦合平臺(tái)完成了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光柵耦合器的測(cè)試。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN792
【圖文】：

逑年，Ａｌｅｊａｎｄｒｏ等人提出一種新型的零級(jí)光柵楩合器，中心波長(zhǎng)為１．５５ｎｍ，入射逡逑光為準(zhǔn)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(gè)光柵耦合器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工藝方面很難實(shí)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(zhǎng)的光能夠重新返回光柵，再耦合到光纖中，它的中心波長(zhǎng)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(jí)光柵楩合器，中心波長(zhǎng)為１．５５ｎｍ，入射逡逑光為準(zhǔn)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(gè)光柵耦合器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工藝方面很難實(shí)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(zhǎng)的光能夠重新返回光柵，再耦合到光纖中，它的中心波長(zhǎng)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(rèn)識(shí)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(gè)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(dǎo)部分有一個(gè)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(duì)耦合效率的影響，使得在１．５５叫ｎ處的光的耦合效率達(dá)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(xué)技術(shù)大學(xué)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(zhǎng)度小于１４＾ｍ，在逡逑１５５０ｎｍ波長(zhǎng)的入射光條件下，上層光柵對(duì)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(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(jì)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);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(hào)：2794383