基于SOI材料光通信器件的模擬、設(shè)計(jì)和制作.pdf

1、SOI(Silicon-On-Insulator)材料由于其在低功耗、高速CMOS器件方面的應(yīng)用,被稱為"二十一世紀(jì)的硅基礎(chǔ)電路技術(shù)".同時(shí),它也具備許多優(yōu)越的光學(xué)特性,比如低損耗(在通信波段)、高折射率差,這使得它不但能用來制作靈巧緊湊的光集成器件,也為利用CMOS微電子工藝實(shí)現(xiàn)光電集成提供了一個(gè)很好的平臺(tái).在兩年半的碩士學(xué)習(xí)期間,作者將集成光器件的模擬與設(shè)計(jì)作為自己的研究方向,著重研究基于SOI材料的光通信器件.該論文總結(jié)了我兩年來

2、的研究成果,它主要包括基于SOI材料的集成光器件模擬設(shè)計(jì)和制作工藝兩部分.在理論和設(shè)計(jì)方面,該論文首先在基于SOI材料的光集成器件的模擬算法方面做了研究.由于SOI材料中作為波導(dǎo)芯層的硅折射率很大,與作為包層的SiO2之間有很大的折射率差,這勢(shì)必對(duì)模擬數(shù)值算法的精度和邊界處理等方面提出了更高的要求.該文給出了一種基于插值的全矢量有限差分方法(FDM).在保證一定精度的前提下,這種方法能夠平滑地處理SOI材料的折射率突變界面.另外,該文還

3、實(shí)現(xiàn)了多種束傳播算法(BPM),為設(shè)計(jì)特性優(yōu)良的光集成器件打下扎實(shí)的基礎(chǔ).基于以上實(shí)現(xiàn)的算法,該文還對(duì)SOI脊形光波導(dǎo)的一些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特性做了研究,比如利用建立的有限差分模式解算法模擬了不同刻蝕深度對(duì)SOI脊形光波導(dǎo)的偏振相關(guān)特性的影響以及泄漏損耗、彎曲損耗與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系等等;最后,該論文給出了幾種基于SOI材料無源器件的模擬設(shè)計(jì)結(jié)果.比如在FDM和BPM等算法的基礎(chǔ)上,利用遺傳算法設(shè)計(jì)了波長(zhǎng)響應(yīng)平坦的功分器等.在制作工藝方面,