硅光子集成器件由于能夠采用CMOS標準工藝進行大規(guī)模制造而備受學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。硅光子集成器件的一個重要應(yīng)用就是應(yīng)用于高性能處理器的片上光互連。相比于傳統(tǒng)的電互連技術(shù),將光作為信號傳輸?shù)妮d體具有高數(shù)據(jù)傳輸速率、高帶寬、低能耗、抗電磁干擾、低相鄰信號串擾、無需阻抗匹配等優(yōu)點。在芯片上的高速波分復(fù)用傳輸鏈路中,集成型光分插復(fù)用器是實現(xiàn)波分復(fù)用信道路由的關(guān)鍵器件。本文針對如何增加集成型光分插復(fù)用器的信道數(shù)目和提高光路由切換速度開展了實驗工作。硅光子集成器件另一個研究熱點是片上實驗室(Lab on a chip),可以將生物成像、標記、傳感,醫(yī)學(xué)的定位和表達等生化功能集成在芯片上,可有效地減少合成和分析樣品的時間,更好的控制分子濃度和相互反應(yīng),以及減小試劑用量及化學(xué)廢料。片上實驗的工作波段為可見光,一種可能的解決方案是采用硅襯底上制備的氮化鎵(GaN)材料來同時實現(xiàn)光源和波導(dǎo),既利用了氮化硅光源發(fā)光效率高的特點,還可以使器件尺寸更加緊湊,并且波導(dǎo)的對準將更加精準。為了克服氮化鎵在可見光波段的材料吸收,借鑒我們之前提出的利用狹縫型波導(dǎo)實現(xiàn)全硅光子集成回路的思路,本論文對低損耗的GaN狹縫波導(dǎo)進行仿真優(yōu)化。具體的工作成果和內(nèi)容包括:1、委托代工廠利用CMOS兼容的工藝制備了8路熱調(diào)OADM芯片,搭建了新的光纖-波導(dǎo)耦合測試平臺并對芯片進行了測試。測試結(jié)果表明,平均通帶帶寬為0.36 nm,平均下載損耗為2.6 dB,上傳損耗為2.2 dB,平均通帶形狀系數(shù)為0.3,相鄰?fù)媾夹诺篱g串擾約為-20 dB。2、對4路電調(diào)光分插復(fù)用器進行了制備和測試。實現(xiàn)了信道的下載功能,下載損耗為8dB,3-d B帶寬為0.1 nm,電注入調(diào)控效率為0.22 nm/mA;同時分析了電調(diào)光分插復(fù)用器性能受影響的原因,并給出了具體解釋和提出了解決方法。3、針對工作波長為400~800 nm的GaN狹縫波導(dǎo)進行了優(yōu)化設(shè)計和仿真計算。當僅考慮由材料吸收引起的傳輸損耗時,優(yōu)化后的GaN狹縫波導(dǎo)的傳輸損耗為0.4-1.0 dB/cm;進一步考慮由側(cè)壁粗糙引起的散射損耗后,當粗糙度標準差為1 nm時,總損耗約為1-2.5 dB/cm。這些結(jié)果表明GaN波導(dǎo)非常有潛力作為可見光波段的傳輸線,并應(yīng)用于片上實驗室系統(tǒng)中。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN25

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本文編號：2809756