微電子極大推動了人類生活的發(fā)展,隨著對傳輸速率和帶寬的要求,傳統(tǒng)電互聯(lián)慢慢不滿足發(fā)展的需要。硅基光子學因其高傳輸帶寬、低成本等優(yōu)勢廣泛用于光學芯片、光學計算和光纖通信領(lǐng)域中。上下話路濾波器是實現(xiàn)波長復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵組件,實現(xiàn)上下話路濾波器性能的結(jié)構(gòu)主要是微環(huán)諧振器和光子晶體。隨著微環(huán)半徑的減小,環(huán)內(nèi)的彎曲損耗增大。同時,微環(huán)諧振腔的輸入端和輸出端在同一側(cè),級聯(lián)時額外的交叉增加器件的設(shè)計復(fù)雜度,也增加了整體諧振腔的尺寸。光子晶體波導(dǎo)和單腔組成的上下話路結(jié)構(gòu)的下話路端效率不高。增加到兩個腔的干涉相消可以提高下話路端效率,但增加器件尺寸。此外,光子晶體的制作工藝復(fù)雜,工藝重復(fù)性差�；谝陨媳尘�,本論文將介紹一種基于類行波法布里珀羅諧振腔(Fabry Pérot Resonator,簡稱F-P腔)結(jié)構(gòu)的新型上下話路濾波光子器件。該新型光子器件利用單個諧振腔,不需要額外的設(shè)計結(jié)構(gòu)就實現(xiàn)光波定向傳播,有著設(shè)計靈活、尺寸小,低損耗的優(yōu)勢。類F-P腔由一個直波導(dǎo)和兩個模式反射鏡組成,尺寸為34.5×1μm~2;模式反射鏡反射效率達到95%,帶寬80nm以上。該上下話路濾波器仿真模擬得到下話路端效率93%,品質(zhì)因子達到1300。目前制作的上下話路濾波器,諧振波長處的下話路端效率也能達到68%,僅有8%的光留在直通端,品質(zhì)因子為1007。增大腔長L到600μm時,品質(zhì)因子可達到22000。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN25
【部分圖文】：

圖 1 1 MIT 等合作制作的光電集成器件[10]硅基光子學的優(yōu)勢很多，但長遠的發(fā)展主要依賴于低成本和光電集成的優(yōu)勢批量的企業(yè)和高校進入，目前的研究熱點已經(jīng)從單個功能器件的測試和性能到了片上光電集成領(lǐng)域。2015 年，麻省理工學院(Massachusetts Instituhnology, Cambridge)等相關(guān)人員首次實現(xiàn)了以光波作為載體進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈⒉⑻剿髁嗽诓桓淖児に嚄l件下實現(xiàn)制造的方法[9]。隨后的 2018 年，又在 Natu文章，圖 1 1 是利用 65nm 工藝實現(xiàn)將最先進的微電子芯片和光學器件集成芯片上[10-11]。主要實現(xiàn)方法是在光傳輸部分生長一層新材料，以此實現(xiàn)片上而不對電通信產(chǎn)生負面影響。硅基光子學研究的器件主要有濾波器和耦合器在內(nèi)的硅基無源光波導(dǎo)器件，，硅基光調(diào)制器和硅基光探測器。由于硅材料的間接帶隙特性，硅基光源一直決的困難。研究人員利用摻雜，者硅的非線性效應(yīng)如拉曼效應(yīng)，或者通過鍵合混合硅激光器，可實現(xiàn)硅的發(fā)光[12-13]。硅基光調(diào)制器也取得了很大發(fā)展。熱光

1 2 微環(huán)諧振腔與光子晶體組成的器件:（a）兩微環(huán)級聯(lián)諧振腔組成同向傳輸 Add-Drop器器件[28]和（b）光子晶體組成的 Add-Drop 濾波器[30]輸，可以達到很高的下話路端耦合效率。然而，微環(huán)諧振腔實現(xiàn)上下話路濾波存在一些不足。硅材料高折射率差支持微環(huán)實現(xiàn)小的彎曲半徑，但隨著環(huán)形徑的進一步減小，對于小尺寸的器件[35]，環(huán)內(nèi)的彎曲損耗增大，也會降低在耦合效率，同時影響器件的品質(zhì)因子。同時，由于微環(huán)諧振腔的輸入端和輸出側(cè)[28]，為實現(xiàn)同向傳輸，如圖 1 2(a)，對于 2×2 器件通過級聯(lián)可實現(xiàn)同向傳需要額外的交叉，或需要額外的反射結(jié)構(gòu)和需要模式是匹配等條件，這樣增的設(shè)計復(fù)雜度，也增加了整體諧振腔的尺寸[36]。

1 2 微環(huán)諧振腔與光子晶體組成的器件:（a）兩微環(huán)級聯(lián)諧振腔組成同向傳輸 Add-Drop 濾器器件[28]和（b）光子晶體組成的 Add-Drop 濾波器[30]傳輸，可以達到很高的下話路端耦合效率。然而，微環(huán)諧振腔實現(xiàn)上下話路濾波器然存在一些不足。硅材料高折射率差支持微環(huán)實現(xiàn)小的彎曲半徑，但隨著環(huán)形諧半徑的進一步減小，對于小尺寸的器件[35]，環(huán)內(nèi)的彎曲損耗增大，也會降低在下的耦合效率，同時影響器件的品質(zhì)因子。同時，由于微環(huán)諧振腔的輸入端和輸出端一側(cè)[28]，為實現(xiàn)同向傳輸，如圖 1 2(a)，對于 2×2 器件通過級聯(lián)可實現(xiàn)同向傳輸時需要額外的交叉，或需要額外的反射結(jié)構(gòu)和需要模式是匹配等條件，這樣增加件的設(shè)計復(fù)雜度，也增加了整體諧振腔的尺寸[36]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 戴道鋅;王健;陳思濤;;硅基片上復(fù)用—解復(fù)用技術(shù)與器件[J];電信科學;2015年10期

2 周培基;李智勇;俞育德;余金中;;硅基光子集成研究進展[J];物理學報;2014年10期

3 余金中;;硅光子學的研究和發(fā)展趨勢[J];激光與光電子學進展;2006年12期

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5 余金中;支撐光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的硅基光電子技術(shù)研究[J];物理;2003年12期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 胡挺;基于微環(huán)諧振器濾波特性的硅基光子器件研究[D];浙江大學;2014年

本文編號：2813840