發(fā)布時間：2018-02-28 04:54

  本文關(guān)鍵詞： 波導(dǎo)交叉 多模干涉 橋式結(jié)構(gòu) 錐形結(jié)構(gòu)　出處：《華中科技大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：現(xiàn)代光子技術(shù)的發(fā)展對器件的集成性，片上器件密度、功能、性能等要求越來越高，這使得單芯片上光波導(dǎo)之間交叉次數(shù)大大增加。同時，SOI（Silicon On Isolator）材料作為光集成研究的熱點(diǎn)材料具有導(dǎo)光特性好，，對光的限制作用強(qiáng)并且與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝完全兼容等優(yōu)點(diǎn)，然而SOI大的芯/包折射率差使其導(dǎo)模的空間角很大，從而導(dǎo)致光在波導(dǎo)交叉的部分會產(chǎn)生顯著的散射。SOI光波導(dǎo)單次直接交叉的損耗和串?dāng)_分別為1~1.5dB和-10~-15dB，大量交叉產(chǎn)生的損耗和串?dāng)_對單芯片而言將難以接受。為解決上述問題，本論文試圖設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊，低交叉損耗、低串?dāng)_的SOI光波導(dǎo)交叉方案，同時能夠與半導(dǎo)體工藝兼容。 本論文主要研究內(nèi)容如下： （1）構(gòu)建了無損耗的正錐形（adiabatic taper）與倒錐形結(jié)構(gòu)（adiabatic inverse taper），分析了倒錐形結(jié)構(gòu)中模場寬度、有效折射率的變化情況； （2）建立了基于多模干涉結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)交叉單元并用Comsol進(jìn)行了仿真。在尺寸為13m13m的情況下?lián)p耗為0.22dB，串?dāng)_為-14.69dB。該方案雖然工藝簡單，只需要一次光刻，但串?dāng)_、損耗和尺寸仍然較大； （3）建立了基于倒錐形結(jié)構(gòu)垂直耦合器的橋式波導(dǎo)交叉單元，橋式結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠從原理上解決串?dāng)_的問題。仿真結(jié)果顯示其損耗為0.035dB，串?dāng)_為-43.2dB，尺寸為71.5m1m；該方案達(dá)到了低交叉損耗、低串?dāng)_的目標(biāo)，但是其長度至少需要70m，對于高集成度芯片不具備實用性； （4）針對橋式結(jié)構(gòu)長度過大的缺點(diǎn)，作者提出了基于中間層和隔離層的橋式波導(dǎo)交叉方案來降低總長。在尺寸為10.4m0.5m的情況下?lián)p耗為0.24dB，串?dāng)_為-40.5dB，。該方案所需長度為10m，同時也保持了橋式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)幾乎無串?dāng)_的特性，是對基于橋式結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)交叉單元結(jié)構(gòu)有意義探索。
[Abstract]:With the development of modern photonic technology, the integration of devices, the density, function and performance of on-chip devices are becoming more and more important. This results in a great increase in the number of intersections between optical waveguides on a single chip. At the same time, as a hot material for optical integration research, the SOII-Silicon on Isolator material has the advantages of good light conductivity, strong limiting effect on light and full compatibility with the standard CMOS process, etc. However, the large core / cladding refractive index difference of SOI makes the space angle of the guide mode very large. The loss and crosstalk of SOI optical waveguide are 1 ~ 1.5 dB and -10 ~ (-15) dB, respectively. A large number of crossover losses and crosstalk will be unacceptable for a single chip. This paper attempts to design a compact, low crossover loss, low crosstalk SOI optical waveguide crossover scheme, and can be compatible with semiconductor technology. The main contents of this thesis are as follows:. (1) A lossless positive cone taper and an inverted conical inverse taper are constructed. The variation of mode field width and effective refractive index in the inverted cone structure is analyzed. (2) the waveguide crossover unit based on multi-mode interference structure is simulated by Comsol. The loss is 0.22 dB and crosstalk is -14.69 dB when the size is 13m13m. Although the process is simple and only one lithography is required, the crosstalk, loss and size are still large. A bridge waveguide crossover element based on inverted conical vertical coupler is established. The outstanding advantage of the bridge structure is that it can solve the crosstalk problem in principle. The simulation results show that the crosstalk loss is 0.035 dB, the crosstalk is -43.2 dB, and the size is 71.5 m1.This scheme achieves the goal of low crossover loss and low crosstalk. However, the length of the chip needs at least 70m, which is not practical for high integration chip. (4) in view of the drawback of the excessive length of the bridge structure, A bridge waveguide crossing scheme based on intermediate layer and isolation layer is proposed to reduce the total length. When the size is 10.4m0.5m, the loss is 0.24dBand the crosstalk is -40.5dB0.The length of the scheme is 10m, and the structure of bridge structure is almost free of crosstalk. It is a meaningful exploration of waveguide cross element structure based on bridge structure.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN814

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本文編號：1545848