硅基集成非互易器件研究.pdf

1、由于集成的全光通信系統(tǒng)相比傳統(tǒng)大體積光通信系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜的巨大優(yōu)勢，集成的全光通信系統(tǒng)一直是光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，而非互易器件是集成光通信系統(tǒng)中必不可少的組成部分，非互易器件需要打破洛倫茲互易原理，然而打破洛倫茲互易原理一直是個(gè)研究難點(diǎn)，目前打破洛倫茲互易定理的方法可以分為兩大類：磁光方案和非磁方案。磁光方案盡管可以獲得較好的隔離效果，但是磁光材料與補(bǔ)充金屬氧化物半導(dǎo)體工藝不兼容(Complementary Metal

2、-Oxide-Semiconductor, CMOS)；非磁方案不需要集成磁光材料和磁場，但是目前非磁方案實(shí)現(xiàn)的光隔離器在工作帶寬、隔離比以及器件結(jié)構(gòu)簡化方面還需要進(jìn)一步提高。因此本論文的研究目標(biāo)是尋求一種不需要外加磁場、隔離效果盡可能提高的可集成非互易器件。
　　硅基光波導(dǎo)集成器件由于具有和CMOS工藝兼容、原材料豐富、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，被看好是實(shí)現(xiàn)片上非互易器件的重要器件平臺(tái)之一，研究基于硅基的非互易器件具有十分重要的意義。本論

3、文的主要內(nèi)容可以概括為以下兩點(diǎn)：
　　首先，本論文設(shè)計(jì)了一種分段調(diào)制微環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用分段時(shí)空調(diào)制方法使得介質(zhì)折射率隨時(shí)間和空間同時(shí)變化，從而打破了洛倫茲互易原理，通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)域耦合模理論和有限時(shí)域差分方法計(jì)算，結(jié)果表明，方案實(shí)現(xiàn)了單向光子躍遷效應(yīng)，打破了洛倫茲互易原理，此外，本論文還討論了如何利用該方案實(shí)現(xiàn)片上可集成的光隔離器，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)片上可集成的光通信系統(tǒng)具有重要意義。
　　此外，本論文還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種光的非對(duì)稱

4、傳輸器件，光的非對(duì)稱傳輸指的是當(dāng)正向和反向光不同時(shí)存在時(shí)，正向和反向傳輸?shù)墓鈱⒆哌^不同的路徑。方案通過挖崛光力這一新的維度，利用了兩懸空單模光波導(dǎo)之間的光梯度力作用，有限時(shí)域差分方法的計(jì)算結(jié)果表明：在C和L波段內(nèi)，正向傳輸透過率大約為-6 dB，而反向傳輸透過率被壓制在低于-20.5 dB。該方案具有無源、工作帶寬大、制作工藝與 CMOS工藝兼容的優(yōu)勢，利用該方案，論文還列舉了全光開光和全光與門兩項(xiàng)應(yīng)用，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理具有重要意