本文關(guān)鍵詞：基于溝槽耦合器的高效緊湊矩形環(huán)諧振腔光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真

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【摘要】：隨著集成光學(xué)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的光通信器件正朝著高集成度、低能耗、小型化的方向發(fā)展。微環(huán)諧振器作為集成光學(xué)器件中使用頻次較高的基本結(jié)構(gòu),由于受到波導(dǎo)彎曲損耗對(duì)曲率半徑的限制,難以進(jìn)一步減小片占面積和提升集成度。因此本文基于溝槽型耦合器和90°彎曲波導(dǎo)的配置,提出一種高效緊湊矩形環(huán)諧振器,該結(jié)構(gòu)突破了彎曲損耗對(duì)傳統(tǒng)微環(huán)大小的限制,利用淺刻蝕、弱限制的波導(dǎo)可以構(gòu)成腔長(zhǎng)極小的環(huán)形腔,因而獲得更大的自由頻譜范圍(FSR),提高片上空間利用率。對(duì)于基于微環(huán)構(gòu)成的濾波器具有較大曲率半徑以及窄帶寬等缺陷,提出一種高效緊湊馬赫-曾德爾結(jié)構(gòu)結(jié)合矩形環(huán)諧振腔光濾波器。采用狀態(tài)空間表示法和時(shí)域有限差分法對(duì)器件的品質(zhì)因數(shù)、傳輸特性等參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和仿真。狀態(tài)空間表示法對(duì)比了不同的耦合系數(shù)及損耗系數(shù)對(duì)濾波特性的影響。時(shí)域有限差分法仿真得到在反射系數(shù)接近穿透系數(shù)時(shí),呈現(xiàn)通帶和阻帶帶寬不等的非對(duì)稱波長(zhǎng)交錯(cuò)濾波效果;在反射系數(shù)遠(yuǎn)大于穿透系數(shù)時(shí),濾波器品質(zhì)因子約3120,獲得在25μm×8μm片占面積下自由光譜范圍高達(dá)50.6 nm的特性。針對(duì)基于腔內(nèi)折射率調(diào)制效應(yīng)的微環(huán)電光調(diào)制器的高Q值和調(diào)制帶寬相互制約的矛盾,且同時(shí)滿足小尺寸和低能耗的設(shè)計(jì)要求,提出一種基于耦合調(diào)制方式的矩形環(huán)諧振腔電光調(diào)制器。通過建立時(shí)域動(dòng)態(tài)模型對(duì)器件進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),得到其調(diào)制相位0.2?,靜態(tài)調(diào)制深度0.96(歸一化最大值為1.0),且調(diào)制帶寬大于100 GHz的性能參數(shù)。該器件獲得片占面積10μm×15μm的高效緊湊的尺寸,滿足高度集成,低能耗,和高速調(diào)制等要求的同時(shí),器件版圖可向二維方向配置和擴(kuò)展。本文結(jié)合溝槽型耦合器的基本原理與器件模型,采用狀態(tài)空間法、時(shí)域離散動(dòng)態(tài)模型、時(shí)域有限差分等多種仿真方法,對(duì)器件的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性做出模擬驗(yàn)證。本文的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為高密度、超緊湊的光子器件設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的方向和思路,且設(shè)計(jì)的器件可應(yīng)用于片上光互連系統(tǒng)
【關(guān)鍵詞】：集成光學(xué) 光波導(dǎo)器件 矩形環(huán)諧振腔 濾波器 調(diào)制器
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN256
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 集成光學(xué)器件10-14
• 1.2.1 集成光學(xué)器件概述10
• 1.2.2 平面光波導(dǎo)基本原理10-13
• 1.2.3 光波導(dǎo)耦合器13-14
• 1.3 微環(huán)諧振腔器件14-17
• 1.3.1 微環(huán)諧振腔原理14-15
• 1.3.2 微環(huán)諧振腔構(gòu)成的波分復(fù)用器件15-16
• 1.3.3 微環(huán)諧振腔構(gòu)成的調(diào)制器16-17
• 1.4 矩形環(huán)諧振腔17-18
• 1.4.1 基于溝槽耦合器的環(huán)諧振腔17-18
• 1.4.2 矩形環(huán)諧振腔器件18
• 1.5 本論文的主要內(nèi)容18-19
• 第2章 矩形環(huán)諧振腔原理19-29
• 2.1 溝槽耦合器和 90°彎曲波導(dǎo)的理論基礎(chǔ)19-22
• 2.1.1 受抑全內(nèi)反射原理19-21
• 2.1.2 矩形諧振環(huán)腔結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2 狀態(tài)空間分析法22-24
• 2.3 時(shí)域離散動(dòng)態(tài)分析法24-26
• 2.4 時(shí)域有限差分仿真法26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)合矩形環(huán)諧振腔光濾波器29-39
• 3.1 矩形環(huán)諧振腔濾波器結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2 濾波器狀態(tài)空間分析30-34
• 3.3 濾波器時(shí)域有限差分仿真34-37
• 3.3.1 非對(duì)稱交錯(cuò)濾波34-36
• 3.3.2 寬自由光譜范圍濾波36-37
• 3.4 器件性能及分析37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 矩形環(huán)諧振腔構(gòu)成的高速電光調(diào)制器39-49
• 4.1 耦合調(diào)制原理39-40
• 4.2 調(diào)制器器件結(jié)構(gòu)40
• 4.3 時(shí)域離散動(dòng)態(tài)模型分析40-46
• 4.3.1 器件動(dòng)態(tài)模型40-42
• 4.3.2 不同分光系數(shù)條件下調(diào)制效應(yīng)42-43
• 4.3.3 不同分光系條件下調(diào)制特性43-44
• 4.3.4 不同分光系數(shù)條件下調(diào)制曲線44
• 4.3.5 調(diào)制深度44-46
• 4.4 調(diào)制器時(shí)域有限差分仿真46
• 4.5 器件性能及分析46-47
• 4.6 本章小結(jié)47-49
• 第5章 總結(jié)49-53
• 5.1 基于溝槽耦合器的矩形環(huán)諧振腔性能49
• 5.2 工藝實(shí)現(xiàn)與器件設(shè)計(jì)中遇到的問題49-50
• 5.3 前景展望50-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文57-59
• 致謝59

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