本文關(guān)鍵詞：基于硅基SU-8光波導(dǎo)的微環(huán)諧振器及光電探測(cè)器研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著光通信技術(shù)和光學(xué)傳感技術(shù)的快速發(fā)展,集成光子器件因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢(shì)如：高集成度、小型化等引起了廣泛的關(guān)注。在鈮酸鋰、SiO2、Si、InP、SiN、聚合物等各類集成光學(xué)材料中,聚合物材料因?yàn)槠涞统杀?低損耗,工藝簡(jiǎn)單等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。除此之外,聚合物材料還具有很高的熱光系數(shù),這對(duì)于低功耗的熱光開關(guān),熱光非線性效應(yīng)很有利。本文基于SU-8聚合物材料,在通信波段設(shè)計(jì)并制作了兩種新型的高Q的微環(huán)器件,并對(duì)其中一種高Q值的微環(huán)基于SU-8高熱光系數(shù)探究了非線性效應(yīng)。另外,針對(duì)SU-8聚合物材料在可見光波段具有更低的光學(xué)損耗以及硅材料在可見光波段的吸收特性,設(shè)計(jì)并制作了聚合物懸掛型波導(dǎo)硅探測(cè)器,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了片上集成傳感器。本文回顧了平面光波導(dǎo)的基本理論,介紹了幾種常用的數(shù)值計(jì)算方法。首先介紹了波動(dòng)方程理論,利用波動(dòng)方程對(duì)平板波導(dǎo)的進(jìn)行了解析解和對(duì)條形波導(dǎo)的做了近似解。對(duì)于波導(dǎo)器件的精確求解,數(shù)值計(jì)算提供很好的思路,之后介紹了幾種常用的數(shù)值計(jì)算方法,包括光束傳輸法,有限差分法和時(shí)域有限差分法等。提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的微環(huán)諧振器(MRR),該器件的耦合區(qū)是基于2×2角度型的多模干涉耦合儀(MMI),角度型MMI克服了傳統(tǒng)的MMI固定的分光特性,可以通過改變MMI的彎曲角度,得到連續(xù)可變的耦合系數(shù)。在文中,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一系列不同Q值的MRR,當(dāng)彎曲角度為3.25。時(shí),微環(huán)的Q值最大,為25000。除此之外,角度型MMI制作容差大,工藝方便,而定向耦合器(DC)想要達(dá)到同等的耦合比,兩波導(dǎo)的間隙要足夠的窄(1μm),這樣就需要高精度的工藝設(shè)備,成本很高。最后文中將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,兩者吻合的很好。脊形波導(dǎo)由于有平板層的存在具有很小的損耗,基于這種波導(dǎo),設(shè)計(jì)了一種跑道型微環(huán)器件,該器件的耦合區(qū)為DC,因?yàn)橛辛似桨鍖拥拇嬖?耦合較容易發(fā)生,普通的接觸式光刻就能達(dá)到工藝要求。實(shí)驗(yàn)中脊形波導(dǎo)的制作采用了兩次勻膠,兩次曝光的新的工藝方案,不需要傳統(tǒng)的制作脊形波導(dǎo)過程中的刻蝕工藝,從而避免了由于刻蝕帶來的表面粗糙,降低了散射損耗。實(shí)驗(yàn)得到了一系列不同耦合系數(shù)的MRR,Q值最高能達(dá)到34700。之后對(duì)其中一種耦合長(zhǎng)度的MRR進(jìn)行了熱光非線性的研究,通過輸入不同功率的光,觀察到了由于較大的熱光系數(shù),諧振峰發(fā)生了漂移,在此基礎(chǔ)上,觀察到了顯著的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng),并將理論模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,吻合的很好。利用SU-8聚合物在可見光波段更低的吸收,以及硅半導(dǎo)體材料在可見光波段的吸收特性,設(shè)計(jì)制作了懸掛波導(dǎo)型光電探測(cè)器,經(jīng)過一系列設(shè)計(jì)上和實(shí)驗(yàn)上的改進(jìn),將電極長(zhǎng)度從710 μ m減小到150μ m,暗電流由4.39uA@5V減小到200nA@2.45V,而光響應(yīng)度由0.232A/W增大到0.326A/W,之后在此基礎(chǔ)上完成了片上集成傳感器的制作,測(cè)試了空氣中和酒精中強(qiáng)度,觀察到光電流發(fā)生了顯著的變化。
【關(guān)鍵詞】：聚合物器件 微環(huán)諧振器 角度型MMI 脊形波導(dǎo) 跑道型徼環(huán) 非線性效應(yīng) 雙穩(wěn)態(tài) 懸掛波導(dǎo)型光電探測(cè)器 金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器 集成傳感器
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN252
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1. 緒論12-24
• 1.1 集成光子器件的發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2 聚合物波導(dǎo)的發(fā)展16-17
• 1.3 聚合物傳感器以及與集成傳感器的發(fā)展17-20
• 1.4 本論文的主要內(nèi)容20-21
• 1.5 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)21-24
• 2 光波導(dǎo)基本理論及數(shù)值方法24-42
• 2.1 光波導(dǎo)的基本概述24-25
• 2.2 波動(dòng)方程25-27
• 2.3 平板波導(dǎo)27-30
• 2.4 條形波導(dǎo)30-33
• 2.5 光波導(dǎo)的數(shù)值計(jì)算方法33-40
• 2.6 邊界條件40-42
• 3 基于角度型MMI的微環(huán)器件42-62
• 3.1 微環(huán)的基本結(jié)構(gòu)42
• 3.2 微環(huán)的基本參量42-44
• 3.3 傳輸矩陣法對(duì)單個(gè)微環(huán)的分析44-48
• 3.4 基于角度型MMI的微環(huán)諧振器件的設(shè)計(jì)48-53
• 3.5 MRR器件的制作53-56
• 3.6 MRR器件的測(cè)試與分析56-60
• 3.7 本章總結(jié)60-62
• 4 跑道型MRR及其熱光非線性效應(yīng)62-78
• 4.1 基于脊形波導(dǎo)的跑道型MRR的設(shè)計(jì)62-65
• 4.2 制作過程65-66
• 4.3 測(cè)試結(jié)果66-70
• 4.4 非線性的探究70-75
• 4.5 本章總結(jié)75-78
• 5 懸掛型波導(dǎo)探測(cè)器以及集成傳感器78-106
• 5.1 背景陳述78
• 5.2 懸掛波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)78-81
• 5.3 波導(dǎo)型MSM光電探測(cè)器的原理以及電極設(shè)計(jì)81-88
• 5.4 波導(dǎo)型MSM光電探測(cè)器的制作過程以及注意點(diǎn)88-92
• 5.5 波導(dǎo)型MSM光電探測(cè)器的性能92-96
• 5.6 懸掛波導(dǎo)型光電探測(cè)器的改進(jìn)96-104
• 5.7 本章總結(jié)104-106
• 6 總結(jié)與展望106-108
• 參考文獻(xiàn)108-120
• 作者簡(jiǎn)介120
• 研究成果120

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳耀德;李繼軍;陳海燕;;基于三平行光子晶體波導(dǎo)的多功能功分器研究[J];半導(dǎo)體光電;2009年06期

2 李沫;董瑋;;超寬帶信號(hào)的光學(xué)產(chǎn)生方法以及應(yīng)用[J];半導(dǎo)體技術(shù);2011年09期

3 杜戈果;;“集成光學(xué)”課程中開展雙語教學(xué)的實(shí)踐與探討[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版);2007年S2期

4 馮麗爽;于懷勇;洪靈菲;楊德偉;杜哲峰;;微光學(xué)陀螺波導(dǎo)諧振腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年03期

5 韓莉坤;蔣亞東;李偉;秦開宇;劉強(qiáng);;含新型發(fā)色團(tuán)的非線性光學(xué)聚合物體系的熱性能研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年18期

6 恩德;馮捷逾;張寧波;;三分量加速度地震檢波器中3-dB耦合器設(shè)計(jì)[J];光電技術(shù)應(yīng)用;2011年05期

7 王哲哲;趙高揚(yáng);李美蓮;盛淑月;張曉磊;;有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料光波導(dǎo)的制備[J];功能材料;2008年06期

8 吳耀德;李繼軍;陳海燕;;二維光子晶體平行多波導(dǎo)的傳輸光譜研究[J];光譜實(shí)驗(yàn)室;2009年05期

9 吳耀德;李繼軍;宋明玉;陳海燕;;利用光子晶體波導(dǎo)定向耦合差頻產(chǎn)生毫米波[J];光通信研究;2009年05期

10 陳青松;廖進(jìn)昆;李和平;唐雄貴;;新型有機(jī)聚合物光子射頻2路移相器的設(shè)計(jì)[J];光學(xué)與光電技術(shù);2009年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 余志華;基于光波導(dǎo)的芯片間光互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2010年

2 張少梅;LiNbO_3的光波導(dǎo)特性研究和平板光子晶體結(jié)構(gòu)的制備[D];山東大學(xué);2011年

3 劉祥志;離子注入光波導(dǎo)的數(shù)值分析研究[D];山東大學(xué);2008年

4 董毅;用于光互連的體波導(dǎo)光柵耦合器：分析、制備和應(yīng)用[D];山東大學(xué);2008年

5 張洪波;有機(jī)硅雜化光波導(dǎo)材料的制備及性能研究[D];大連理工大學(xué);2008年

6 李愛魁;激光直寫SiO_2/TiO_2溶膠—凝膠薄膜制備條形光波導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

7 韓莉坤;新型有機(jī)二階非線性光學(xué)材料的設(shè)計(jì)制備與性能研究[D];電子科技大學(xué);2008年

8 張小貝;微環(huán)諧振器及應(yīng)用的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

9 馮俊波;硅基微納光柵耦合器件及其制備技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

10 劉支華;集成聲光芯片技術(shù)的研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李戊軍;有機(jī)聚合物電光調(diào)制器優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2010年

2 谷金輝;離子交換法制備Cu離子玻璃光波導(dǎo)的研究[D];浙江大學(xué);2011年

3 初單萍;基于光學(xué)共振的微結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的光學(xué)特性研究[D];天津大學(xué);2010年

4 崔曉光;差分式微光纖加速度傳感器的仿真設(shè)計(jì)[D];燕山大學(xué);2011年

5 邵士茜;硅基集成光柵耦合器及其偏振無關(guān)特性研究[D];華中科技大學(xué);2011年

6 李賢;基于激光直寫的微流光學(xué)觸摸傳感陣列[D];浙江大學(xué);2012年

7 劉秉俠;離子交換條形光波導(dǎo)的制備與特性測(cè)試及Y分支光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2008年

8 王慧瑩;新型光纖頻域混沌的原理與方法研究[D];黑龍江大學(xué);2008年

9 盛淑月;Er~（3+）：PLZT光波導(dǎo)的溶膠—凝膠法制備及其性能研究[D];西安理工大學(xué);2008年

10 宋tq;離子注入與熱擴(kuò)散法制備光波導(dǎo)的研究[D];山東大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：基于硅基SU-8光波導(dǎo)的微環(huán)諧振器及光電探測(cè)器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：389345