隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,作為其支柱之一的傳感技術(shù)由于承載著現(xiàn)實(shí)世界中信息提取的任務(wù),發(fā)展勢頭迅猛。溫度傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。人們對(duì)傳感器件小型化、集成化、高性能等方面的要求越來越高,而以光波導(dǎo)為媒體的微型光學(xué)傳感器件由于其較高的靈敏度,較強(qiáng)的抗電磁干擾能力及良好的可集成性獲得了廣泛的研究及關(guān)注;微環(huán)諧振器作為集成光學(xué)中的重要組成單元,具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)靈活、可集成度高等優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)傳感器件通過光波導(dǎo)表面消逝場的作用來檢測外界環(huán)境指標(biāo)的變化,具有高品質(zhì)因數(shù)、低成本、良好的熱光效應(yīng)的硅基微環(huán)諧振器在這方面的應(yīng)用更受關(guān)注。本文以硅基微環(huán)諧振器為主要單元,從其基本傳輸特性展開研究,分析了其它復(fù)合結(jié)構(gòu)諧振器的傳輸特性,圍繞提高其測量范圍和檢測靈敏度,提出了具有較優(yōu)性能的改進(jìn)型器件結(jié)構(gòu)。采用散射矩陣模型進(jìn)行了理論分析,并結(jié)合基于時(shí)域有限差分法（FDTD）的仿真軟件對(duì)其傳輸特性進(jìn)行了模擬仿真。主要工作包括以下幾點(diǎn):（1）介紹了主要組成單元微環(huán)諧振器的相關(guān)理論和工作原理,采用傳輸矩陣法對(duì)其基本結(jié)構(gòu)的傳輸特性進(jìn)行了研究。建立其三維結(jié)構(gòu)模型,對(duì)這幾種結(jié)構(gòu)的傳輸... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

英特爾公司研制的硅基光調(diào)制器

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-這些不同功能的器件很難集成起來。而硅材料在集成電路工業(yè)中使用范圍廣泛，標(biāo)準(zhǔn)化的制造工藝和生產(chǎn)線減少了成本，使其價(jià)格比較低廉，而且各種加工工藝已經(jīng)越來越成熟[26]，所以硅材料為光子器件的發(fā)展提供了較為理想的材料和平臺(tái)，可以大幅提高光子器件的可集成度并使其具有大規(guī)模低成本生產(chǎn)的潛力。我國國內(nèi)包括中科院半導(dǎo)體研究所、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)[27,28]等科研機(jī)構(gòu)和高校也在積極進(jìn)行該領(lǐng)域的研發(fā)，像上海交通大學(xué)課題組實(shí)現(xiàn)了多種無源和有源核心器件，像新型自耦合諧振器，能同時(shí)激發(fā)兩個(gè)反向傳輸?shù)暮啿⒛Ｊ�，�?shí)現(xiàn)諧振頻率的精確對(duì)準(zhǔn)和同步調(diào)控，比傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器更緊湊，可作為光子信息處理的基本單元。除此之外，其他一些著名的科技公司像華為、IBM等在硅基光子學(xué)領(lǐng)域也投入了研發(fā)，并取得了很多進(jìn)展。IBM宣布已經(jīng)把硅光子芯片集成到與當(dāng)前CPU相同的封裝尺寸[29]，圖1.2為IBM公司研發(fā)的全整合式分波多工光子芯片。圖1.2IBM的全整合式分波多工光子芯片華為加拿大分公司為了推動(dòng)通信技術(shù)和高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，研發(fā)了低損耗熱光型硅光開關(guān)以用來應(yīng)對(duì)日益增長的網(wǎng)絡(luò)流量。圖1.3（a）為具有熱下切的熱光MZ（Mach–Zehnder）移相器示意圖；同時(shí)華為研究人員為了防止光學(xué)串?dāng)_，確保從開關(guān)發(fā)出的光信號(hào)清晰準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)了大型開關(guān)陣列，如圖1.3（b）所示，圖中顯示的架構(gòu)表示一個(gè)32×32硅光開關(guān)陣列，其中包含448個(gè)“2×2”的MZ熱光開關(guān)單元，每列中都有一條光路穿過其中一個(gè)單元，通過對(duì)這些單元施加適當(dāng)?shù)慕徊婊蛑蓖?qū)動(dòng)功率可對(duì)光路的路徑進(jìn)行定義。對(duì)開關(guān)供電會(huì)使底層波導(dǎo)升溫并產(chǎn)生必要的pi相移，從而使信號(hào)沿選定的路徑傳播。

基于微環(huán)諧振器的傳輸特性及溫度傳感特性研究-4-圖1.3華為分公司研發(fā)的（a）具有熱下切的熱光MZ移相器（b）包含448個(gè)“2×2”熱光MZ單元的“32×32”開關(guān)陣列原型機(jī)1.3微環(huán)諧振器研究現(xiàn)狀在眾多的功能各異的集成光學(xué)器件中，微環(huán)諧振器由于其突出的特性在很多無源和有源光器件中都有廣泛應(yīng)用，因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能多樣、可集成度高等優(yōu)點(diǎn)[30-33]，受到了國內(nèi)外學(xué)者的熱切關(guān)注。在1969年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marcatili就提出了環(huán)形諧振器的結(jié)構(gòu)[34]，如圖1.4所示。Haavisto等人在1980年也實(shí)現(xiàn)了基于微環(huán)諧振腔的光學(xué)器件[35]。由于當(dāng)時(shí)光學(xué)器件的制作工藝和材料的原因，其發(fā)展進(jìn)程比較緩慢。圖1.4環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種包含非線性光學(xué)效應(yīng)的硅基微環(huán)穩(wěn)態(tài)模型[J]. 桂林,左健存,吳中林,王勝利.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)

博士論文
[1]基于硅基光波導(dǎo)的光信號(hào)處理[D]. 桂成程.華中科技大學(xué) 2016
[2]新型微環(huán)諧振器及其傳感特性研究[D]. 李欣.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]微環(huán)諧振器的傳輸機(jī)理及傳感特性研究[D]. 郭士亮.燕山大學(xué) 2014

碩士論文
[1]硅基光學(xué)微環(huán)諧振器及其應(yīng)用研究[D]. 涂正瑞.華中科技大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3309180