硅基摻鉺狹縫波導(dǎo)光放大器的設(shè)計及制作.pdf

1、近年來，隨著半導(dǎo)體微納加工工藝和硅基激光器、探測器及微納光波導(dǎo)器件的快速發(fā)展，硅光子學(xué)的研究在計算機(jī)光互連中展現(xiàn)出越來越重要的地位。硅基納米集成光波導(dǎo)器件逐步從實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)品研發(fā)。為實(shí)現(xiàn)硅基大規(guī)模光電子器件集成，亟需研究硅基片上光波導(dǎo)放大器，以有效補(bǔ)償納米光波導(dǎo)傳輸損耗。本論文研究了硅基摻鉺狹縫波導(dǎo)光放大器(EDSWA)的設(shè)計和制作，具體工作如下：
　　(1)基于狹縫波導(dǎo)的強(qiáng)場限制作用，將狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于摻鉺波導(dǎo)放大器中，以

2、達(dá)到降低泵浦功率，減小器件尺寸以及提高增益的目的；
　　(2)建立了EDSWA的四能級數(shù)值模型，采用重疊積分法簡化鉺離子躍遷速率方程和光功率傳輸方程，并通過龍格-庫塔迭代法計算了光放大器的增益特性。
　　(3)基于所建立的數(shù)值模型，從波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、增益材料性質(zhì)、信號光功率及泵浦光功率幾個方面分析了其對放大器增益的影響并對各影響參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，理論上論證了EDSWA在厘米量級尺度上可獲得約20dB的增益，這個數(shù)值相當(dāng)于摻鉺光纖放

3、大器（EDFA）在米量級所取得的增益；
　　(4)設(shè)計制作了硅基狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中重點(diǎn)設(shè)計制作了具有高耦合效率的條形波導(dǎo)—狹縫波導(dǎo)模斑轉(zhuǎn)換器和狹縫彎曲波導(dǎo)。所制作的條形-狹縫波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器損耗最小可達(dá)0.015dB，狹縫彎曲波導(dǎo)損耗<0.2dB/90o，且實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與模擬計算結(jié)果基本符合。針對光場散射損耗嚴(yán)重、狹縫波導(dǎo)傳輸損耗高達(dá)9dB/cm等問題，提出了采用熱氧化法改善狹縫側(cè)壁及波導(dǎo)表面的粗糙度的解決方案，可望有效降低狹縫波導(dǎo)的傳