21世紀以來,人類社會信息化進程加快,數據處理和傳輸量急劇增長。目前,人類社會處理數據、傳輸信息的主要載體是集成電路,然而隨著電子器件的集成度越來越高,人們在單位面積芯片上集成更多的晶體管越來越困難,摩爾定律越來越難維持,人們開始研究集成電路的替代品。光子與電子不同的物理性質決定了集成光路具有更寬的帶寬和更快的傳輸速度,人們將目光轉向集成光子芯片。雖然硅有發(fā)光效率低、電光效應弱等物理上的缺點,但硅作為一種非常成功的集成電路材料,具有成熟的CMOS加工工藝,所以硅成為了集成光子學主導的材料平臺。目前的硅基光器件主要還是針對特定的需求去研發(fā)制作,然后通過光纖或波導實現元器件之間的互聯。所以人們設計了很多硅基光器件,這些器件的發(fā)明為硅基光子集成的高效傳輸和調控提供了保障。光柵作為一種重要的衍射光學器件,獨特的衍射性質使它在耦合、模式轉化、濾波等方面都有重要的應用�；诠鈻沤Y構,本文做了兩方面的工作,一:設計了一種基于雙層光柵的垂直耦合器,二:在太陽能吸光薄膜上引入光柵,提高電池的陷光能力。(1)垂直耦合器�，F在的集成光路主要通過光纖將各光學元器件連接起來,達到光互聯的目的,光纖-芯片間的高效耦合具有很大的應用前景。光纖端面與波導間尺寸差距引起的模式失配,嚴重地影響了兩者之間的耦合效率,傳統的矩形光柵很難實現真正的垂直耦合。所以,本文設計了一種基于雙層光柵的耦合器結構,通過連續(xù)兩次光柵衍射實現高效地垂直耦合。原理上,這種耦合器克服了單層光柵背反射強的缺點,利用上下放置的兩個光柵,實現了對光路傳播方向90度的偏折。選取合理的結構參數,在1500-1600nm波段,這種垂直耦合器達到了 58%的耦合效率,2db帶寬為60nm。(2)光柵結構在提高太陽能電池陷光能力上的應用。太陽能是一種清潔、可再生的能源,太陽能的高效開發(fā)一直是人們研究的熱點。太陽能電池就是利用光生伏打效應將光直接轉化為電的裝置,它的發(fā)電原理是:特殊材料的基態(tài)電子吸收光子能量后躍遷,躍遷電子注入半導體導帶。所以,將光“限制”在介質分子層能有效提高載流子生成效率,提高電池的轉換效率。我們設計了一種基于衍射光柵的陷光結構,通過在電池薄膜引入光柵,成功的提高了電池的轉換效率。當引入的光柵周期是750nm,占空比是0.65時,在350-850nm波段,這種結構的太陽能電池獲得了 19.7%的轉換效率。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN25
【部分圖文】：

圖１．１．１晶體管制成隨時間變化｜４｜逡逑芯片制程［５，６］的大小體現了加工工藝的先進與否，目前的芯片制成已經縮小逡逑到了邋７ｎｍ，這意味著芯片上最小線寬僅為７ｎｍ，在這種尺寸＂１、就不得不考慮粒子逡逑

圖１．１．２電通信和光通信的距離／帶寬對比圖丨７］逡逑集成光子學主導材料平臺的確定存在過較大的爭議。目前的光子學主要使用逡逑硅基材料，主要是因為硅基光路兼容成熟的ＣＭＯＳ加工工藝，但是硅材料一些逡逑不理想的物理性質卻使得它在早期沒有立即進入人們的視線，這其中有三個主要逡逑原因：逡逑１．硅是一種間接帶隙的半導體材料，在電子受激輻射過程中，除了要吸收大于電逡逑子躍徖需要的能量，還需要電子聲子相互作用使動量發(fā)生改變，所以硅材料不適逡逑合作光器件，硅基激光器的研究存在困難。逡逑２．硅沒有快速強烈的電光調制效應，硅的非線性效應不強，對外加電場或ＤＣ的逡逑響應比較弱，如克爾效應［８，９］和泡克爾斯效應［１０，１１］，常規(guī)方法不易有效快速地逡逑實現光調制。逡逑３？硅的禁帶寬度為１．１２ｕｍ，當信號光波長在紅外區(qū)時，硅對信號光沒有很好的響逡逑

逑Ｊ邋０．邋１Ｍ邋１Ｍ邋１０Ｍ邐１００Ｍ邋１ＫＭ邋１０ＫＭ邋１００ＫＭ逡逑圖１．１．２電通信和光通信的距離／帶寬對比圖丨７］逡逑集成光子學主導材料平臺的確定存在過較大的爭議。目前的光子學主要使用逡逑硅基材料，主要是因為硅基光路兼容成熟的ＣＭＯＳ加工工藝，但是硅材料一些逡逑不理想的物理性質卻使得它在早期沒有立即進入人們的視線，這其中有三個主要逡逑原因：逡逑１．

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 紀斌;楊勇;;相控陣雷達在線幅相校正[J];電訊技術;2014年05期

2 鄭志霞;黃元慶;;基于F-P腔干涉的膜片式光纖微機電系統壓力傳感器[J];光子學報;2012年12期

3 于清旭;賈春艷;;膜片式微型F-P腔光纖壓力傳感器[J];光學精密工程;2009年12期

4 張榮君;陳一鳴;鄭玉祥;陳良堯;;硅發(fā)光研究與進展[J];中國激光;2009年02期

5 宛清;王晟達;張智軍;馬健;;相控陣雷達波控系統移相器位數的選取[J];空軍工程大學學報(自然科學版);2007年01期

6 謝瑛珂;夏光瓊;吳加貴;林曉東;孔慧君;吳正茂;;分布反饋激光器中剩余法布里-珀羅腔模對非簡并四波混頻特性的影響[J];光學學報;2007年02期

7 駱宇鋒;劉志麟;趙中華;;高精度連續(xù)型光纖F-P腔液位傳感器[J];光電工程;2006年01期

8 張桂菊,于清旭,宋世德;基于F-P腔的干涉/強度調制型光纖溫度傳感器[J];中國激光;2005年02期

9 曾剛,楊宏春,阮成禮,楊春;硅基發(fā)光材料研究進展[J];壓電與聲光;2004年04期

10 王瑜,秦忠宇,文樹梁;孔徑渡越時間對一維距離成像的影響分析[J];系統工程與電子技術;2003年09期

相關碩士學位論文 前1條

1 張曦;亞波長光柵及其應用的研究[D];華中科技大學;2012年

本文編號：2808532