硅基微環(huán)諧振腔的設(shè)計(jì)與制作.pdf

1、SOI(Silicon on Insulator)微環(huán)諧振腔具有結(jié)構(gòu)緊湊，與COMS工藝兼容，適合于大規(guī)模單片集成等一系列優(yōu)勢(shì)，因此其功能強(qiáng)大，是集成光學(xué)中非常關(guān)鍵的元器件之一。它在光濾波器、光延時(shí)線、光緩存、光開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、傳感器、光邏輯門、激光器等領(lǐng)域都有著重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外的微環(huán)諧振腔研究現(xiàn)狀，基于理論分析，將仿真模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，研究設(shè)計(jì)并加工測(cè)試了SOI微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)。
　　本研究主要

2、內(nèi)容包括：⑴從SOI光波導(dǎo)器件出發(fā)，研究光在波導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ教匦院蛽p耗特性等。通過(guò)改變波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，仿真分析和比較了光場(chǎng)模式特性的變化規(guī)律，并討論其對(duì)傳輸特性的影響。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化參數(shù)，從而對(duì)微環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給出合理的建議。介紹了兩種基本直波導(dǎo)-環(huán)形諧振腔的傳輸模型，同時(shí)利用耦合模理論對(duì)波導(dǎo)和環(huán)形腔間的各個(gè)耦合參數(shù)和傳輸情況進(jìn)行了詳細(xì)的公式推導(dǎo)。⑵基于全通型微環(huán)結(jié)構(gòu)，利用FDTD(Finite Difference Time Domai

3、n)法對(duì)微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)中微環(huán)波導(dǎo)寬度與其傳輸性能、品質(zhì)因子(Quality Factor)的影響關(guān)系進(jìn)行了理論分析與仿真。研究結(jié)果表明，微環(huán)寬度過(guò)小會(huì)大大增加微環(huán)的輻射損耗，當(dāng)波導(dǎo)寬度越大時(shí)，輻射損耗會(huì)越小，Q值也越高。但波導(dǎo)寬度過(guò)寬時(shí)，將出現(xiàn)多模情況。因此，滿足單模條件下微環(huán)波導(dǎo)的寬度應(yīng)盡量大，這樣能夠減小微環(huán)的輻射損耗，提高Q值。仿真優(yōu)化結(jié)果表明微環(huán)半徑10um，微環(huán)波導(dǎo)寬度為600nm時(shí)，1.55um波長(zhǎng)附近的諧振峰的消光比為18

4、.2dB，計(jì)算Q值約2.2×105，此時(shí)的器件性能最為理想，可以實(shí)現(xiàn)單模工作和高Q值。進(jìn)一步研究了耦合間距、平板高度對(duì)Q值的影響。微環(huán)與直波導(dǎo)間距的改變影響耦合效率，當(dāng)間距逐漸增大時(shí)，由于耦合效率降低，Q值則逐漸提高;同時(shí)，隨著平板區(qū)厚度的減小，輻射損耗會(huì)越小，因此Q值越高。研究結(jié)果為微環(huán)諧振腔的優(yōu)化和沒(méi)計(jì)提供了參考。⑶結(jié)合仿真模擬分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)了波導(dǎo)尺寸、微環(huán)半徑、耦合間距以及垂直耦合光柵等微環(huán)諧振腔版圖結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用L-Edit版