發(fā)布時間：2016-12-01 08:02

  本文關(guān)鍵詞：帶有U形波導(dǎo)的微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《燕山大學(xué)》 2015年

帶有U形波導(dǎo)的微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

張鑫  

【摘要】：近年來隨著納米材料的應(yīng)用和微加工技術(shù)的不斷發(fā)展,在光通信領(lǐng)域內(nèi),光波導(dǎo)器件也逐漸向微型化,集成化和規(guī)模化發(fā)展。如同集成于芯片上的大規(guī)模集成電路一樣,光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展方向也是將各種光信息處理元件集成到一個芯片上,形成實(shí)現(xiàn)多種功能的新型光波導(dǎo)器件。微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)由于具有納米量級的尺寸和卓越的濾波功能,不僅非常適合于大規(guī)模集成,而且可以同時實(shí)現(xiàn)包括濾波器,緩存器,激光器,波分復(fù)用器,光開關(guān),調(diào)制器,波長轉(zhuǎn)換器,邏輯門和傳感器等多種功能。鑒于其強(qiáng)大的功能,微環(huán)諧振器已經(jīng)成為了近年集成光學(xué)領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。本論文從普通單環(huán)微環(huán)諧振器出發(fā),通過外加U型波導(dǎo)的方式提出了一些新型的微環(huán)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。同時以傳感調(diào)制器件和開關(guān)邏輯器件為潛在應(yīng)用方向,利用U型波導(dǎo)對微環(huán)諧振器本身的濾波效果進(jìn)行了優(yōu)化,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的帶有U型波導(dǎo)的微環(huán)光開關(guān),邏輯器和傳感器,概括全文的研究工作,主要包括:首先,本文研究了微環(huán)諧振器的理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了幾種帶有U型波導(dǎo)的微環(huán)濾波器結(jié)構(gòu),并利用耦合模理論和傳輸矩陣法推導(dǎo)建立了微環(huán)濾波結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。理論仿真發(fā)現(xiàn),通過在微環(huán)諧振器上外加U型反饋波導(dǎo)對濾波光譜進(jìn)行調(diào)制,以及選擇合適的微環(huán)參數(shù),可實(shí)現(xiàn)多種濾波效果的優(yōu)化,例如自由光譜范圍的擴(kuò)大,Q值的增加,消光比的提高等等。這些濾波效果的提升可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為基于微環(huán)濾波效果設(shè)計(jì)的光子器件的性能提升。此外,本文嘗試?yán)霉饪坦に嚢凑赵O(shè)計(jì)參數(shù)制作帶有U形波導(dǎo)微環(huán)諧振器,目前完成光刻部分。其次,本文將設(shè)計(jì)的帶有U形波導(dǎo)的微環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于光開關(guān)領(lǐng)域,利用單刀雙擲開關(guān)和聚合物電光調(diào)制單元實(shí)現(xiàn)了三種光路開關(guān)狀態(tài),提出了一種新型的光開關(guān)器件,并在理論上提升了電光開關(guān)的響應(yīng)速率。另外,本文還基于微環(huán)諧振器的開關(guān)功能,結(jié)合U形波導(dǎo)設(shè)計(jì)了兩種多功能的微環(huán)邏輯門器件。通過選擇不同輸入口和輸出口,可以實(shí)現(xiàn)與門,與非門,或門,或非門,同或門,異或門等多種邏輯運(yùn)算。最后,本文基于帶有U型波導(dǎo)的微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一個雙氣腔的氣體傳感器,可以通過一次測量的輸出光譜同時得到兩個氣腔內(nèi)的氣體濃度,大大節(jié)約了時間和空間消耗。在該傳感器的設(shè)計(jì)中,本文采用了氧化鋅顆粒鍍層結(jié)構(gòu)作為核心傳感元,并同時討論了氨氣和酒精蒸汽的兩種不同的吸收機(jī)制在傳感過程中表現(xiàn)為不同的敏感曲線。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN256
【目錄】：

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本文編號：200212