【摘要】：信息技術(shù)的發(fā)展使得人類的生活發(fā)生了巨大的變化,信息數(shù)據(jù)大批量增加,對信息容量、速度以及成本等都有更高的要求。硅基光電集成技術(shù)以其先進成熟的CMOS工藝技術(shù)、價格低廉、帶寬大、損耗低以及抗干擾性的優(yōu)勢,成為了當前研究熱點。針對硅基片上光電集成技術(shù)的發(fā)展和重大應用背景,利用硅基光波導器件與發(fā)光材料混合集成,開展可用于片上光互連的高性能光源及光子集成器件有著非常重要的意義,是國家的重大需求所在。本學位論文以硅基微環(huán)諧振腔為基本單元,利用其體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易調(diào)諧等特性,構(gòu)建了幾種可用于硅基混合外腔激光器的可調(diào)諧微環(huán)反射腔鏡,搭建了硅基混合外腔激光器,研制了一種基于微環(huán)耦合系數(shù)可調(diào)與MZI混合結(jié)構(gòu)的帶寬可調(diào)濾波器,并對這些結(jié)構(gòu)進行了理論研究和實驗驗證。主要的創(chuàng)新性工作和研究內(nèi)容包括：1.利用微環(huán)諧振腔的可調(diào)特性和濾波特性,結(jié)合片上光互連用光源對諧振腔單色性、可調(diào)諧性等要求,本論文設計并實驗制作了五種基于單環(huán)的反射腔鏡和三種基于雙環(huán)的反射腔鏡。實驗測得反射率最高為95%,最低為80%,均可以滿足硅基混合外腔激光器對諧振腔的要求,并討論分析了影響器件反射率的因素。2.采用RSOA與實驗制作的幾種硅基微環(huán)外諧振腔相結(jié)合,實現(xiàn)了硅基混合外反射腔型激光器和可調(diào)諧激光器,激光器輸出功率達到mw量級,邊模抑制比均在30 dB以上。通過對諧振腔的熱電極加熱可實現(xiàn)一個FSR范圍的波長調(diào)諧,中心波長可調(diào)諧效率為6.4mW/nm。3.利用耦合模理論和微環(huán)諧振腔的可調(diào)特性及相干疊加特性,提出了一種基于微環(huán)耦合系數(shù)可調(diào)和MZI混合結(jié)構(gòu)的帶寬可調(diào)濾波器,并對微環(huán)耦合系數(shù)可調(diào)和MZI混合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)帶寬可調(diào)的原理進行了詳細的理論分析,對出現(xiàn)的Fano現(xiàn)象進行了仿真分析和實驗論證。實驗制作的器件尺寸為1.25mm × 0.8mm,測試結(jié)果可得其帶寬可調(diào)范圍為0.46nm～3.09nm (57.5GHz～386.25GHz)。
[Abstract]:With the development of information technology, the human life has changed greatly, the information data has increased in large quantities, and there are higher requirements for information capacity, speed and cost. Silicon based optoelectronic integrated technology has become a research hotspot with its advantages of advanced and mature CMOS technology, low price, large bandwidth, low loss and anti-interference. In view of the development and important application background of optoelectronic integration technology on silicon substrate, it is of great significance to develop high performance light source and photonic integrated device which can be used for on-chip optical interconnection by using silicon-based optical waveguide devices and luminescent materials. Is the great demand of the country. In this dissertation, based on the characteristics of small size, simple structure and easy tuning, several kinds of tunable microloop mirrors for silicon based hybrid external cavity lasers are constructed, which are based on silicon based microring resonators. A silicon-based hybrid external cavity laser is built and a bandwidth-tunable filter based on the tunable microloop coupling coefficient and MZI hybrid structure is developed. The theoretical research and experimental verification of these structures are carried out. The main innovative work and research contents include: 1. Based on the tunable and filtering characteristics of the microring resonator and the requirements of the on-chip optical interconnection light source for the monochromism and tunability of the resonator, In this paper, five mirrors based on single ring and three mirrors based on double loop are designed and experimented. Experimental results show that the highest reflectivity is 95 and the lowest is 80. Both of them can meet the requirements of silicon based hybrid external cavity lasers for resonators. The factors affecting the reflectivity of the devices are discussed and analyzed. 2. With the combination of RSOA and several kinds of silicon based microring external resonators, the Si-based hybrid external reflection cavity laser and tunable laser are realized. The output power of the laser reaches the order of mw and the side mode rejection ratio is above 30 dB. By heating the thermal electrode of the resonator, a wavelength tunable in the FSR range can be achieved, and the tunable efficiency of the center wavelength is 6.4 MW / nm.3. Based on the coupling mode theory and the tunable characteristics and coherent superposition characteristics of the microring resonator, a bandwidth-tunable filter based on the harmonic MZI hybrid structure with microloop coupling coefficient is proposed. The principle of tunable bandwidth of microloop coupling coefficient harmonic MZI hybrid structure is analyzed in detail, and the Fano phenomenon is simulated and proved by experiments. The size of the device is 1.25mm 脳 0.8mm, and the bandwidth of the device is adjustable in the range of 0.46nm~3.09nm (57.5GHz~386.25GHz).
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN713;TN248

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本文編號：2314756