硅基的環(huán)形諧振腔光調(diào)制器和光開關(guān)的研究.pdf

1、光調(diào)制器和光開關(guān)是光通信網(wǎng)絡(luò)中的核心器件，對光通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建起到重要的作用?；谄矫婕杉夹g(shù)制作的光調(diào)制器和光開關(guān)具有低成本、結(jié)構(gòu)緊湊、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，但目前仍有許多難點(diǎn)沒有解決，如功耗、速度，消光比等。
　　 基于環(huán)形諧振腔的光調(diào)制器和光開關(guān)是近年來發(fā)展出的新技術(shù)，有望應(yīng)用于未來大規(guī)模的集成光路中。環(huán)形諧振腔無需制作反射端面或光柵就可以實(shí)現(xiàn)光場的反饋，非常適合利用平面光波導(dǎo)工藝加工。它緊湊的結(jié)構(gòu)有利于提高器件的集成度，諧振特性

2、可以顯著減小所需的調(diào)制相位量，降低功耗。采用高折射率差的絕緣體上硅(SOI)材料，可以實(shí)現(xiàn)超小彎曲半徑的諧振環(huán)，其制作工藝與成熟的微電子加工工藝相兼容。利用硅的載流子注入效應(yīng)，調(diào)制速度已高達(dá)幾十Gbits/s，對于實(shí)現(xiàn)高速的集成光電子器件有很大的潛力。本論文基于SOI材料，從理論與實(shí)驗(yàn)上對應(yīng)用于光調(diào)制器和光開關(guān)的環(huán)形諧振腔進(jìn)行了深入的研究。本論文的創(chuàng)新意義主要體現(xiàn)在以下四個方面：
　　 1．針對目前已有的基于環(huán)形諧振腔的光調(diào)制器

3、和光開關(guān)，本文比較了各結(jié)構(gòu)的調(diào)制靈敏度，以及實(shí)現(xiàn)10dB的消光比所需的相位變化。分析表明，非對稱的光譜響應(yīng)或調(diào)制曲線可以增強(qiáng)調(diào)制靈敏度，減小調(diào)制所需的相位變化，降低功耗。
　　 2．本文揭示了雙總線耦合的環(huán)形諧振腔作為雙光束干涉器的潛力。通過對兩輸入相干光的相位差控制，可以在輸出光譜中獲得非對稱的Fano諧振光譜響應(yīng)。這種技術(shù)提供了一種利用環(huán)形諧振腔產(chǎn)生Fano諧振響應(yīng)的方案，可用于制作光調(diào)制器、光開關(guān)和傳感器等。
　　

4、 3．本文提出了一種基于Fano諧振的交叉型環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)的光開關(guān)。它作為一種改進(jìn)的馬赫—曾德爾光開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，適宜用平面光波導(dǎo)工藝加工。此開關(guān)具有在關(guān)態(tài)和開態(tài)都可以實(shí)現(xiàn)高消光比和低串?dāng)_的優(yōu)點(diǎn)。
　　 4．在實(shí)驗(yàn)方面，采用SOI材料，利用成熟的微電子生產(chǎn)線代工，成功制作出多種環(huán)形諧振腔調(diào)制器。其中單總線耦合的環(huán)形諧振腔調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)了10dB的消光比，其注入電流小于7mA。環(huán)加強(qiáng)型的馬赫．曾德爾調(diào)制器，注入電流小于5mA。利