集成垂直耦合結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)電光調(diào)制器研究.pdf

1、芯片的發(fā)展趨勢(shì)是電-光-電的光電混合集成,微光電子集成芯片是將集成電路與光子集成器件并為一體,實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際價(jià)值的光電子集成系統(tǒng)。利用光子器件能夠高密度并行操作以及快速的輸入/輸出能力,與電子器件結(jié)合起來后實(shí)現(xiàn)超快速大規(guī)模的集成系統(tǒng)。具有發(fā)射、調(diào)制、探測(cè)光信號(hào)以及放大、邏輯運(yùn)算、智能控制電信號(hào)的功能。在光互連、光交換、光信息處理等方面具有重要的意義以及廣泛的應(yīng)用前景。在這個(gè)背景下基于絕緣體上硅(SOI)材料的微環(huán)諧振腔片上集成系統(tǒng)逐漸受到

2、國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　本文就是以目前國際最新成果作為指引,面向高Q值光學(xué)微環(huán)諧振腔片上集成系統(tǒng),開展了集成光柵垂直耦合的光波導(dǎo)電光調(diào)制器的研究。主要是圍繞光波導(dǎo)電光調(diào)制器,對(duì)其耦合單元及敏感單元分別進(jìn)行了詳細(xì)的研究,包括光柵耦合器、環(huán)形諧振器等。主要的研究內(nèi)容歸納為以下幾方面:
　　(1)理論及設(shè)計(jì)方面:光柵耦合器和環(huán)形諧振器分別作為電光調(diào)制器的耦合單元和敏感單元,對(duì)三者的相互關(guān)系以及基本理論進(jìn)行了深入的研究;利用FD

3、TD、BPM以及Rsoft光學(xué)仿真軟件分別對(duì)垂直光柵耦合器、環(huán)形諧振器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了模擬仿真分析,深入研究了光柵刻蝕深度、周期及光束的入射角度等參數(shù)對(duì)耦合性能的影響,以及波導(dǎo)寬度、彎曲半徑和耦合間距等參數(shù)與環(huán)形諧振器諧振性能之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)了一種新型的四環(huán)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振器,可以實(shí)現(xiàn)諧振峰的分裂;利用Sentaurus TCAD軟件對(duì)二極管特性進(jìn)行了仿真分析,最終確定光波導(dǎo)電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝參數(shù)。
　　(2)加工制備方面:

4、利用電子束曝光及感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝相結(jié)合的方式完成了光柵耦合器和環(huán)形諧振器的制備。根據(jù)設(shè)計(jì)的摻雜濃度及摻雜深度,利用離子注入法完成了電光調(diào)制器P-I-N二極管的制備,并與PCB版接連后完成調(diào)制器的整體結(jié)構(gòu)制備。
　　(3)測(cè)試方面:首先對(duì)端面耦合與垂直耦合方式進(jìn)行了對(duì)比效率實(shí)驗(yàn),經(jīng)過計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到端面耦合的耦合效率為12％,光柵耦合器添加增透膜后的耦合效率可以達(dá)到26％,并對(duì)光纖-光柵耦合區(qū)域進(jìn)行了固化封裝,測(cè)試結(jié)