硅基微環(huán)諧振器特性研究及其應(yīng)用.pdf

1、隨著人們對(duì)信息處理速度，數(shù)據(jù)傳輸速率等的要求不斷提高，具有能耗小，抗干擾能力強(qiáng)，帶寬大，損耗小等優(yōu)點(diǎn)的光互連技術(shù)得到巨大地發(fā)展。硅光子學(xué)因硅折射率較大且從近紅外到遠(yuǎn)紅外是透明的等特點(diǎn)已然成為主要的光集成平臺(tái)之一。更為重要的是其制作工藝與業(yè)已成熟的CMOS工藝相兼容使其制作成本比較低。在眾多硅基集成器件中，微環(huán)諧振器是常見(jiàn)的光學(xué)器件之一，這得益于微環(huán)諧振器的尺寸比較小，功能豐富可用于多種場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)。
　　單個(gè)微環(huán)諧振器其頻譜響應(yīng)是典

2、型的洛侖茲曲線，3dB帶寬比較窄，上升沿/下降沿不夠陡峭。在某些應(yīng)用中如濾波器往往希望實(shí)現(xiàn)平頂型的頻譜輸出，這可以通過(guò)級(jí)聯(lián)多個(gè)微環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。級(jí)聯(lián)微環(huán)的設(shè)計(jì)需要優(yōu)化相鄰兩個(gè)微環(huán)間以及微環(huán)和輸入/輸出信道間的功率耦合系數(shù)。例如，五階的級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器當(dāng)功率耦合系數(shù)κ2（κ為振幅耦合系數(shù)）分別為0.45，0.09，0.05，0.05，0.09和0.45時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較好的平頂型頻譜輸出。為了在微環(huán)和輸入/輸出信道間實(shí)現(xiàn)高效的功率耦合如0.45，其耦合

3、區(qū)通常采用多模干涉器(MMI)或者比較長(zhǎng)的定向耦合器，但這些耦合方法會(huì)減小自由頻譜范圍(FSR)并引入額外的損耗。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們提出一種基于彎曲耦合器的級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)平頂型頻譜輸出。在目前的設(shè)計(jì)中，利用彎曲耦合器將光場(chǎng)從輸入/輸出波導(dǎo)中耦合到微環(huán)里，并可通過(guò)調(diào)整其耦合長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同耦合功率的選擇。另外，這種結(jié)構(gòu)理論上沒(méi)有額外的損耗且和通常的微環(huán)諧振器具有相同的腔長(zhǎng)。實(shí)際測(cè)試級(jí)聯(lián)兩個(gè)，三個(gè)和五個(gè)微環(huán)的頻譜的3dB帶寬分別為2

4、.0nm、2.6 nm、2.38 nm，帶外抑制比分別為25 dB、30 dB、36 dB。
　　微環(huán)諧振器在WDM系統(tǒng)中也得到了廣泛地應(yīng)用。其問(wèn)題在于在制作過(guò)程中微環(huán)的寬度并不是嚴(yán)格地等于設(shè)計(jì)值，而會(huì)存在一定隨機(jī)波動(dòng)。微環(huán)寬度的隨機(jī)波動(dòng)會(huì)影響到微環(huán)中導(dǎo)模的有效折射率，進(jìn)而造成諧振峰的隨機(jī)漂移。在惡劣的情況下，中心波長(zhǎng)隨機(jī)漂移會(huì)造成器件的失效。為此，我們提出了一種改進(jìn)的辦法，即利用寬波導(dǎo)制作微環(huán)諧振器。這是因?yàn)椴▽?dǎo)的寬度越寬，波導(dǎo)

5、的有效折射率對(duì)波導(dǎo)寬度越不敏感。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)波導(dǎo)的寬度由0.40μm增寬到1.50μm時(shí)，(a)λ/(a)w有1.07降到0.0263。另一方面，寬的微環(huán)波導(dǎo)不僅僅支持基模還支持高階模。相應(yīng)地，其頻譜輸出中會(huì)存在一些不希望出現(xiàn)的高階模式的諧振峰。通過(guò)選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彎曲耦合器何以有效地抑制高階模的激發(fā)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用這種結(jié)構(gòu)的微環(huán)陣列其諧振峰波長(zhǎng)的隨機(jī)漂移得到有效地減小。
　　硅材料的溫度系數(shù)為正且比較大約為1.8