硅基狹縫波導(dǎo)設(shè)計(jì)制備及其應(yīng)用.pdf

1、硅光子學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)研究的一個重要分支。硅由于具有高折射率、在通訊波段透明、具有豐富的非線性特性以及與 CMOS工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)，使得硅基器件成為集成光學(xué)的一個重要門類。在過去的二十年里，硅基調(diào)制器、探測器等器件相繼研制成功，硅基發(fā)光的難題也出現(xiàn)了多種解決方案，硅光通訊模塊間的光互聯(lián)得以實(shí)現(xiàn)。這些進(jìn)展標(biāo)志著硅光子學(xué)的研究走向成熟，并逐漸轉(zhuǎn)化成工業(yè)成果。
　　近年來，將不同材料的器件結(jié)合在硅襯底上的混合集成方案吸引了眾多研究人員的興趣。

2、硅基狹縫波導(dǎo)由于能夠增強(qiáng)低折射率狹縫區(qū)域的光強(qiáng)度，利于實(shí)現(xiàn)光與低折射率部分物質(zhì)的相互作用，常被應(yīng)用于混合集成。利用硅基狹縫波導(dǎo)與具有超快非線性響應(yīng)的非線性光學(xué)材料相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)高速全光信號處理，響應(yīng)時間只有皮秒量級。
　　本論文的內(nèi)容包括硅基狹縫波導(dǎo)的設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用，突出狹縫波導(dǎo)在混合三階非線性波導(dǎo)中的應(yīng)用，主要完成了以下工作。
　?。?）為了證實(shí)光在狹縫波導(dǎo)中的傳輸，我們利用電子束曝光和電感耦合等離子刻蝕等設(shè)備，制作了

3、半徑20微米的狹縫微環(huán)諧振腔，并測試得到傳輸譜線。狹縫微環(huán)諧振腔在1556nm處的消光比超過24dB，Q值達(dá)到7000，證明了該器件具有較小的側(cè)壁損耗。
　?。?）在實(shí)際的工藝制作過程中，我們發(fā)現(xiàn)縫寬較窄（小于100nm）的狹縫波導(dǎo)，刻蝕速率會降低，導(dǎo)致狹縫沒有完全刻穿。為了證實(shí)這種未刻穿的狹縫波導(dǎo)的性能，我們模擬了脊型狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光場特性，并提出了脊型狹縫波導(dǎo)可以用來提高氣體探測的靈敏度。對于220nm SOI上制作的狹縫波導(dǎo)

4、傳感器，當(dāng)未刻蝕的硅厚度為20nm時，獲得的脊型縫波導(dǎo)的靈敏度為0.445，高于完全刻蝕的狹縫波導(dǎo)的靈敏度0.267。
　?。?）為了探索狹縫波導(dǎo)的集成度，我們研究了兩條狹縫波導(dǎo)之間的耦合強(qiáng)度。通過計(jì)算耦合長度，我們得到了結(jié)論：縫寬小于50nm的狹縫波導(dǎo)的耦合能力與300nm寬的條形波導(dǎo)相當(dāng)，具有較好的光學(xué)隔離度。
　?。?）為了提高混合狹縫波導(dǎo)的三階非線性性能，抑制硅在通訊波段本征的雙光子吸收，我們提出了覆蓋層為矩形的狹縫