硅基微環(huán)諧振腔的設計與制作.pdf

1、SOI(Silicon on Insulator)微環(huán)諧振腔具有結構緊湊，與COMS工藝兼容，適合于大規(guī)模單片集成等一系列優(yōu)勢，因此其功能強大，是集成光學中非常關鍵的元器件之一。它在光濾波器、光延時線、光緩存、光開關、光調制器、波長轉換器、傳感器、光邏輯門、激光器等領域都有著重要的研究和應用價值。本文結合國內外的微環(huán)諧振腔研究現(xiàn)狀，基于理論分析，將仿真模擬與實驗驗證相結合，研究設計并加工測試了SOI微環(huán)諧振腔結構。
　　本研究主要

2、內容包括：⑴從SOI光波導器件出發(fā)，研究光在波導中傳輸?shù)哪Ｊ教匦院蛽p耗特性等。通過改變波導的結構參數(shù)，仿真分析和比較了光場模式特性的變化規(guī)律，并討論其對傳輸特性的影響。在此基礎上優(yōu)化參數(shù)，從而對微環(huán)的結構設計給出合理的建議。介紹了兩種基本直波導-環(huán)形諧振腔的傳輸模型，同時利用耦合模理論對波導和環(huán)形腔間的各個耦合參數(shù)和傳輸情況進行了詳細的公式推導。⑵基于全通型微環(huán)結構，利用FDTD(Finite Difference Time Domai

3、n)法對微環(huán)諧振腔結構中微環(huán)波導寬度與其傳輸性能、品質因子(Quality Factor)的影響關系進行了理論分析與仿真。研究結果表明，微環(huán)寬度過小會大大增加微環(huán)的輻射損耗，當波導寬度越大時，輻射損耗會越小，Q值也越高。但波導寬度過寬時，將出現(xiàn)多模情況。因此，滿足單模條件下微環(huán)波導的寬度應盡量大，這樣能夠減小微環(huán)的輻射損耗，提高Q值。仿真優(yōu)化結果表明微環(huán)半徑10um，微環(huán)波導寬度為600nm時，1.55um波長附近的諧振峰的消光比為18

4、.2dB，計算Q值約2.2×105，此時的器件性能最為理想，可以實現(xiàn)單模工作和高Q值。進一步研究了耦合間距、平板高度對Q值的影響。微環(huán)與直波導間距的改變影響耦合效率，當間距逐漸增大時，由于耦合效率降低，Q值則逐漸提高;同時，隨著平板區(qū)厚度的減小，輻射損耗會越小，因此Q值越高。研究結果為微環(huán)諧振腔的優(yōu)化和沒計提供了參考。⑶結合仿真模擬分析的結果，設計了波導尺寸、微環(huán)半徑、耦合間距以及垂直耦合光柵等微環(huán)諧振腔版圖結構參數(shù)。利用L-Edit版