光柵耦合器的設(shè)計(jì)與器件制作研究.pdf

1、隨著集成電路日新月異地發(fā)展,傳統(tǒng)的基于電子通信傳輸?shù)碾娀ミB技術(shù),由于其與生俱來(lái)的局限性(特別是RC電阻電容延遲效應(yīng)的限制),嚴(yán)重地制約了通信傳輸?shù)倪M(jìn)一步提升,陷入了發(fā)展瓶頸。新的互連方式——光互連因此應(yīng)運(yùn)而生,為解決這一技術(shù)難題提供了新的思路。在各種光互連方式中,基于硅基的片上光互連技術(shù)由于硅材料的吸收損耗低、折射率大等特點(diǎn),且硅基器件尺寸小、工作帶寬高、傳輸速度快、功耗低,成本低,能與現(xiàn)有商業(yè)成熟的Complementary Meta

2、l Oxide Semiconductor(CMOS)工藝相兼容,在實(shí)現(xiàn)片間和片上通信方案中具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì),吸引了大量研究者和生產(chǎn)企業(yè)的目光,并且在近些年取得迅猛發(fā)展。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相對(duì)應(yīng)地,光互連也存在光信號(hào)的產(chǎn)生、光信號(hào)的傳播和光信號(hào)的接收等過(guò)程。由于光波導(dǎo)與光纖間的模場(chǎng)和模式失配,也就無(wú)可避免的存在硅波導(dǎo)與光纖之間光信號(hào)的交換和耦合問(wèn)題?，F(xiàn)階段的耦合方式主要有端面耦合和平面耦合,包括使用正向楔形耦合器、反向楔形耦合器、垂直楔形

3、耦合器、棱鏡耦合器和光柵耦合器等。與其他的耦合器件相比,光柵耦合器由于對(duì)準(zhǔn)容差大、制作工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需劃片拋光、易于封裝,能夠進(jìn)行晶元的實(shí)時(shí)檢測(cè)而具有極大的應(yīng)用價(jià)值和前景。
　　本文的研究目的是分別針對(duì)多模光纖和單模光纖,設(shè)計(jì)并制作相應(yīng)的硅基光柵耦合器器件,達(dá)到耦合效率高、帶寬大的目標(biāo)。
　　提出公式化的光柵耦合器設(shè)計(jì)方法,代替以前繁雜、冗余的設(shè)計(jì)思路和效率低下、目的性不明確的多參數(shù)掃描的設(shè)計(jì)模式,改進(jìn)并完善了光柵耦合器設(shè)計(jì)方

4、案。
　　制作出耦合效率達(dá)到-0.85dB以上的單模光柵耦合器,這是目前為止報(bào)道過(guò)并經(jīng)證實(shí)的光柵耦合器中最高的耦合效率,第一次將耦合損耗降低至1dB以下。借助公式化理論的設(shè)計(jì)方法,通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化光柵的周期、刻蝕深度和占空比等參數(shù),并使用成熟的工藝條件制作相應(yīng)的光柵耦合器器件,測(cè)試得到最高82.2％(>-0.85dB)的耦合效率。
　　首次針對(duì)多模光纖與硅基光波導(dǎo)的耦合提出易于實(shí)現(xiàn)的耦合解決方案,根據(jù)此方案,對(duì)62.5/125規(guī)