當(dāng)今世界,信息技術(shù)的發(fā)展是爆炸式的,每時(shí)每刻在世界各地都發(fā)生著數(shù)以億計(jì)的信息交換與分享,信息的傳輸量和傳輸速率一直都在不斷提升以滿足人們的需求。然而曾經(jīng)以摩爾定律為指引的傳統(tǒng)電路集成和電互連的發(fā)展因?yàn)槲锢順O限而遭遇“瓶頸”,人們正在不斷謀求新的方案。在眾多新方案中,硅基集成光子學(xué)優(yōu)勢突出被廣泛看好。所謂的“硅基集成光子學(xué)”,就是旨在利用硅基平臺(tái)把各種不同功能的光電子器件集成在一起,以實(shí)現(xiàn)光芯片集成和片上光互連,它有著高速率、低損耗、與COMS工藝兼容等優(yōu)勢。在硅基集成光子學(xué)領(lǐng)域,光學(xué)微環(huán)諧振器是一種非常重要的元器件,它功能多樣適用于構(gòu)成各種不同功能應(yīng)用的光器件,如傳感器、激光器、光調(diào)制器、光濾波器、光開關(guān)、光延遲線、全光邏輯門等。本論文的主題是硅基光學(xué)微環(huán)諧振器及其應(yīng)用研究,我們圍繞硅基光學(xué)微環(huán)諧振器進(jìn)行了較為深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)探究,詳細(xì)的內(nèi)容概括可歸納如下:(1)對光波導(dǎo)理論和數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了論述介紹。對光學(xué)微環(huán)諧振器元器件的工作原理、主要性能指標(biāo)、理論模型以及設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了分析,為后續(xù)的應(yīng)用工作提供了可參考的理論基礎(chǔ)與依據(jù)。(2)基于亞波長光柵波導(dǎo)結(jié)構(gòu),首次提出并設(shè)計(jì)了可以產(chǎn)生法諾(Fano)譜型的亞波長光柵微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)。亞波長光柵波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的引入可以使得光與物質(zhì)的相互作用得到明顯的增強(qiáng),非對稱的Fano譜型對環(huán)境折射率變化又極為敏感,因此在將其應(yīng)用到復(fù)折射率傳感領(lǐng)域時(shí),折射率實(shí)部和虛部的傳感靈敏度都得到大幅度的提高。從理論仿真結(jié)果的分析中,我們得到其折射率實(shí)部的傳感靈敏度為366 nm/RIU,較之前提高約6倍;折射率虛部的傳感靈敏度約為9700/RIU,較之前提高約71倍。(3)對硅基光器件的工藝流程進(jìn)行了介紹,并在實(shí)驗(yàn)上制備了硅基亞波長光柵微環(huán)器件。完成器件的制備后,我們對其進(jìn)行了傳感實(shí)驗(yàn)的測試。在不同濃度葡萄糖溶液的傳感測試實(shí)驗(yàn)中,測得其折射率實(shí)部傳感靈敏度為363 nm/RIU,這與理論結(jié)果非常吻合;折射率虛部的傳感性能與理論上的趨勢也一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效的印證了理論分析。(4)基于狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了硅基摻鉺聚合物狹縫微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)。首先在SOI芯片上刻蝕得到狹縫微環(huán)諧振器,然后旋涂摻鉺聚合物作為上包層且讓其填充到狹縫區(qū)域。利用1480 nm泵浦源,我們對硅基摻鉺聚合物狹縫微環(huán)諧振器在1530nm波長光激射的應(yīng)用進(jìn)行了理論上和實(shí)驗(yàn)上的分析與研究。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN751.2
【部分圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文2 硅基微環(huán)諧振器的基本理論硅基微環(huán)諧振器是基于硅基光波導(dǎo)的器件，其主要理論包括光波導(dǎo)基本理論、硅基微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)和原理以及模擬仿真分析時(shí)所涉及到的各種數(shù)值計(jì)算方法。2.1 光波導(dǎo)基本理論光波導(dǎo)是集成光學(xué)中最基礎(chǔ)的元件，它是一種能夠?qū)⒐獠ㄏ拗圃谄鋬?nèi)部或表面附近并引導(dǎo)光波沿確定方向傳播的介質(zhì)幾何結(jié)構(gòu)[21]。研究人員通常所探討的基本光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)主有平板波導(dǎo)和條形波導(dǎo)，圖 2-1 展示了它們的結(jié)構(gòu)示意圖。

其嚴(yán)格的解析解不容易得到。通常情況下我們會(huì)利的數(shù)值計(jì)算方法來對其進(jìn)行求解。近似方法有馬卡梯里率法[22]等；數(shù)值計(jì)算方法有限元法[23]、時(shí)域有限差分法面會(huì)有一小節(jié)單獨(dú)講解介紹，這里我們先選取最基礎(chǔ)的述。里近似解法下，可將條形波導(dǎo)劃分為了九塊區(qū)域：波導(dǎo)四塊區(qū)域以及不與波導(dǎo)芯區(qū)緊鄰的四塊角落區(qū)域，如圖為 n1，芯區(qū)周圍緊鄰的四塊區(qū)域折射率分別為 ni（i =型中四個(gè)標(biāo)有陰影的角區(qū)域?qū)⒈缓雎圆挥杩紤]，其原因式的的絕大部分能量將會(huì)位于芯區(qū)，處于周圍緊鄰的四個(gè)陰影的角區(qū)中的光能量則會(huì)更加微弱以至于可以忽略題將會(huì)被大大簡化。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文式子（2-9）和（2-12）即為ymnE 模式的本征方程，聯(lián)立它們可求解得到 kx與 ky，從而最后得到模式的傳播常數(shù)β。2.2 硅基微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)與原理2.2.1 基本結(jié)構(gòu)與工作原理這里我們將以最基本的單個(gè)微環(huán)結(jié)構(gòu)作為分析對象。單個(gè)微環(huán)和一根直波導(dǎo)耦合的情況稱為單直波導(dǎo)耦合微環(huán)諧振器。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-3（a）所示，它分別有且只有一個(gè)輸入端口（input port）和一個(gè)輸出端口（output port）。它也可以等價(jià)為一個(gè)吉萊-圖努瓦諧振腔，如圖 2-3（b）所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王陽元,黃如,劉曉彥,張興;面向產(chǎn)業(yè)需求的21世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展(下)[J];物理;2004年07期

2 張彤,崔一平;集成光學(xué)國際研究進(jìn)展[J];電子器件;2004年01期

本文編號(hào)：2841923