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《浙江大学》 2016年
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基于SOI的声光调制器件的研究

秦晨  
【摘要】:声光器件特别是硅基声光器件在集成光学领域有重大的意义,其具有体积小、驱动功率低、易于集成等特点,被广泛应用于光通信、光传感、光信息处理等领域,尤其是表面波型声光器件因为其独特的优势越来越受到人们的重视,随着光集成技术的发展,声光器件也在向集成化、小型化、功能化方向发展。基于以上思想,本文的目的在于:硅基上声光调制器件的研究,重点研究了基于SOI的Mach-Zehnder声光调制器,具体研究内容如下:1.从声光调制器的基本理论出发,分析了声波激发过程中应用的压电效应及叉指电极的设计方法,并且详细介绍了声表面波的基本理论及其激发原理,阐述了声光效应的基本原理。2.阐述Mach-Zehnder声光调制器的基本原理,提出一种改进的Mach-Zehnder声光调制器设计方案,采用COMSOL Multiphysics模拟软件,首先对新提出的结构进行分析;进而研究了波导类型、波导宽度、氧化锌厚度及又指对数等因素对声光调制效率的影响,并对声光调制器的结构参数进行了优化以提高其性能。仿真结果表明,当条波导宽度为6μm,氧化锌只覆盖有又指电极的部分且厚度为2.2gm,控制又指电极数目为50对时,波导有效折射率变化在驱动电压为1 V时可以达到4.08*10-4,比传统结构提高了12%。为了使调制效果更加的明显及测试损耗等相关参数,设计了一种环形谐振腔声光调制器。3.开展了硅基声光调制器的实验设计,介绍了实验过程中需要用到的工艺,在流片的基础上采用两次套刻、两次溅射、两次剥离的工艺,制作出声光调制器,初步实验结果证实,Mach-Zehnder声光调制器的叉指电极由于长宽比大于100,所以制作过程中断指连指现象比较严重。进而研究环形谐振腔声光调制器,通过测试谱线可以推出氧化锌薄膜折射率为1.72,并且拟合实验测试结果得到微环长完氧化锌后的损耗,环形谐振腔声光调制器中叉指电极能激发出声表面波,测其中心频率为230MHz。
【关键词】:声表面波 声光效应 COMSOL 声光调制器 绝缘体上硅
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN761
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-24
  • 1.1 引言10-11
  • 1.2 声光调制器件的国内外研究现状11-12
  • 1.3 声光器件的应用12-17
  • 1.3.1 声光调制器13-15
  • 1.3.2 声光频谱分析器15-16
  • 1.3.3 共线性声光器件16
  • 1.3.4 硅基声光器件16-17
  • 1.4 本论文的研究内容与主要目的17-19
  • 1.5 参考文献19-24
  • 第2章 声光调制器的理论研究24-35
  • 2.1 声表面波的基本原理24-30
  • 2.1.1 压电效应24-25
  • 2.1.2 叉指电极的设计方法25-27
  • 2.1.3 声表面波的激励和传播27-30
  • 2.2 声光效应30-32
  • 2.3 本章小结32-33
  • 2.4 参考文献33-35
  • 第3章 基于SOI的声光调制器设计35-52
  • 3.1 引言35-37
  • 3.2 改进型Mach-Zehnder声光调制器的基本原理37-38
  • 3.3 改进型Mach-Zehnder声光调制器的COMSOL仿真38-41
  • 3.3.1 声学模块仿真39-40
  • 3.3.2 光学模块仿真40-41
  • 3.4 改进型Mach-Zehnder声光调制器的优化设计41-45
  • 3.4.1 波导宽度对有效折射率差值的影响41-42
  • 3.4.2 氧化锌厚度对有效折射率差值的影响42-43
  • 3.4.3 叉指电极的对数对有效折射率差值的影响43-44
  • 3.4.4 声光调制器件调制效率的比较44-45
  • 3.5 环形谐振腔声光调制器的设计45-47
  • 3.6 本章小结47-49
  • 3.7 参考文献49-52
  • 第4章 基于SOI的声光调制器的制作与测试52-72
  • 4.1 器件基本制作工艺的介绍52-55
  • 4.1.1 磁控溅射工艺52-53
  • 4.1.2 套刻53-54
  • 4.1.3 电子束蒸发54-55
  • 4.2 实验测试平台软件的设计55-58
  • 4.2.1 LabVIEW简介55
  • 4.2.2 实验平台设备简介55-57
  • 4.2.3 测试程序的设计57-58
  • 4.3 声光调制器的制作流程58-60
  • 4.4 声光调制器的表征与测试60-70
  • 4.4.1 实验制作过程表征60-64
  • 4.4.2 声光调制器测试与分析64-70
  • 4.5 本章小结70-71
  • 4.6 参考文献71-72
  • 第5章 总结与展望72-74
  • 攻读硕士学位期间所取得的研究成果74-75
  • 致谢75

【参考文献】
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1 郑泽渔;汤劲松;朱昌安;周勇;王宗富;;ZnO压电薄膜双面共溅生长技术[J];压电与声光;2010年04期
【共引文献】
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2 秦晨;基于SOI的声光调制器件的研究[D];浙江大学;2016年
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