【摘要】：微波光子濾波器是微波光子系統(tǒng)中的重要器件之一,具有抗電磁干擾、寬帶可調(diào)諧、可重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。微波光子濾波器不僅應(yīng)用在需要高速信號(hào)處理能力的雷達(dá)系統(tǒng)和航天領(lǐng)域,同時(shí)在通信系統(tǒng)中特別是在毫米波ROF系統(tǒng)中也得到廣泛應(yīng)用。目前微波光子濾波器正在從傳統(tǒng)的光纖分立器件向集成芯片化方向發(fā)展,基于SOI、Si_3N_4、InP和聚合物平臺(tái)的相關(guān)器件都有報(bào)道。其中氮化硅光波導(dǎo)因具有芯包層折射率差大、器件尺寸小、與CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于集成光器件的研究。本論文主要研究芯層厚度為200nm的低損耗單條形氮化硅光波導(dǎo)以及基于該氮化硅光波導(dǎo)微環(huán)諧振器的可重構(gòu)微波光子濾波器。第一部分主要研究了低損耗單條形氮化硅光波導(dǎo)的制備工藝及其優(yōu)化方法。對(duì)波導(dǎo)的截面尺寸、彎曲半徑、耦合間距及耦合長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì);在此基礎(chǔ)上,通過(guò)光刻、反應(yīng)離子刻蝕、PECVD、退火等工藝制備了寬度為1.5μm、厚度為200nm的單條形氮化硅光波導(dǎo),并通過(guò)截?cái)喾ê臀h(huán)法對(duì)光波導(dǎo)的損耗特性進(jìn)行測(cè)試,分析了退火過(guò)程對(duì)波導(dǎo)傳輸損耗的影響。利用截?cái)喾y(cè)得未退火、退火3小時(shí)和退火6小時(shí)三種退火時(shí)間下的氮化硅光波導(dǎo)的傳輸損耗分別為3.45dB/cm、1.61dB/cm和1.34dB/cm,且與模場(chǎng)直徑為4.8μm的細(xì)徑光纖的端面耦合損耗分別為1.73dB/cm、1.63dB/cm和1.64dB/cm;同時(shí),通過(guò)測(cè)得的跑道型微環(huán)諧振腔的傳輸光譜,擬合得到未退火、退火3小時(shí)和退火6小時(shí)三種退火時(shí)間下的氮化硅光波導(dǎo)的傳輸損耗分別為3.95dB/cm、1.64 dB/cm和1.66 dB/cm。兩種測(cè)試方案結(jié)果表明,退火過(guò)程可以明顯降低單條形氮化硅光波導(dǎo)的傳輸損耗。第二部分主要在制備的低損耗氮化硅光波導(dǎo)基礎(chǔ)上,對(duì)基于MZI耦合微環(huán)諧振腔的可重構(gòu)微波光子濾波器進(jìn)行了研究�；隈詈夏＠碚摵蛡鬏斁仃嚪▽�(duì)MZI耦合微環(huán)諧振腔及基于微環(huán)耦合非對(duì)稱MZI干涉器的光子濾波器理論模型進(jìn)行分析。對(duì)器件中的2×2多模干涉耦合器(MMI)和用于熱光調(diào)諧的金屬電極的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化。利用低損耗氮化硅光波導(dǎo)的制備工藝對(duì)設(shè)計(jì)的可重構(gòu)光子濾波器進(jìn)行制備,并進(jìn)行通光測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于單個(gè)MZI耦合微環(huán)諧振腔來(lái)說(shuō),在0~10.5V電壓范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)消光比從1.6dB~22dB的調(diào)諧,諧振波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)FSR的偏移所需要為11.5V。為了得到更大的消光比,將MZI耦合微環(huán)諧振腔雙環(huán)級(jí)聯(lián),最終取得消光比達(dá)30.3dB的效果。而制備的基于微環(huán)耦合非對(duì)稱MZI干涉器的可重構(gòu)光子濾波器實(shí)現(xiàn)了3dB帶寬約為3.125GHz、占整個(gè)器件FSR的13.9%的窄帶通濾波器和3dB帶寬約為11.2GHz、占整個(gè)器件FSR的50%的寬帶通濾波器,通過(guò)改變器件參數(shù)可實(shí)現(xiàn)窄帶通濾波器和寬帶通濾波器之間的轉(zhuǎn)換。最后,采用制備的MZI耦合微環(huán)諧振腔搭建了可重構(gòu)微波光子鏈路系統(tǒng),測(cè)試結(jié)果表明基于MZI耦合微環(huán)諧振腔的可重構(gòu)微波光子帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)了帶外抑制比從0.2dB~44.1dB的調(diào)諧以及16.4GHz的頻率調(diào)諧范圍。
【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)】：TN713
【圖文】：

圖 1-1 單條型氮化硅光波導(dǎo)橫截面 SEM 圖，加州大學(xué)圣芭芭拉分校的 Jared F.Bauters 等人提出了一種新的光波導(dǎo)的方法[9]。利用 LPCVD 技術(shù)制備具有高深寬比（寬度：厚度波導(dǎo)，其橫截面示意圖如圖 1-2 所示。通過(guò)微環(huán)法和光頻域反射徑分別為 0.5mm 和 2mm 時(shí)的損耗為 8-9dB/m 和 3dB/m。圖 1-2 超低損耗氮化硅光波導(dǎo)橫截面示意圖red F.Bauters 等人通過(guò)相同工藝制備了厚度為 50nm 的多模氮化硅[10]

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 1-1 單條型氮化硅光波導(dǎo)橫截面 SEM芭芭拉分校的 Jared F.Bauters 等人[9]。利用 LPCVD 技術(shù)制備具有高深面示意圖如圖 1-2 所示。通過(guò)微環(huán)mm 和 2mm 時(shí)的損耗為 8-9dB/m 和

研究了光波導(dǎo)不同寬度對(duì)其傳輸損耗的影響[10]。多模氮化硅光波導(dǎo)橫截面示意圖如圖1-3 所示，最終實(shí)現(xiàn)了單模波導(dǎo)傳輸損耗為 0.7±0.02dB/m 和多模波導(dǎo)基模傳輸損耗為0.43±0.04dB/m 的低損耗氮化硅光波導(dǎo)。圖 1-3 多模氮化硅光波導(dǎo)橫截面示意圖2011 年，特溫特大學(xué)的 Leimeng Zhuang，David Marpaung 等人基于 TriPleX 技術(shù)設(shè)計(jì)并制備了低損耗雙條形氮化硅光波導(dǎo)[11]，光波導(dǎo)橫截面 SEM 圖如圖 1-4 所示。芯

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本文編號(hào)：2804345