SOI基SiO_x柱光子晶体的研究

【摘要】：人类科技的进步很大程度上是基于新材料的发现与应用,光子晶体作为新型的人工材料,由于其具有光子禁带和光子局域的特性,使光子晶体制作的光学器件拥有传统光学器件无法比拟的优势。绝缘体上的硅(SOI)是突破目前体硅材料极限最主要的解决方法,具有成本低、集成度高、抗辐射、耐高温的优势。SOI由于其表面层跟氧化硅埋层的折射率差,形成平面波导结构。在SOI基上制备的二维光子晶体,受到人们的广泛关注。本文主要运用有限时域差分法从理论上研究了SOI基SiOx柱平板光子晶体的光波传播特性,主要工作如下：(1)介绍了SOI材料的特点、应用领域和光子晶体的概念、结构特性、应用领域、常用的制备方法以及主要的理论研究方法。详细说明了平面波展开法和有限时域差分法计算公式。(2)介绍了光子晶体平板波导理论,总结了目前制作准三维光子晶体的主要材料和工艺。说明目前曝光刻蚀工艺各自的应用优势,曝光刻蚀技术可以在SOI基上形成空气孔或Si柱来形成二维平板光子晶体结构,离子注入可以在SOI基质材料上形成折射率不同的Si0x介质柱来形成二维平板光子晶体结构。(3)利用有限时域差分法对SOI基三角晶格空气孔和SiOx柱平板光子晶体进行模拟计算分析。通过对不同介质柱半径和晶格常数的SOI基三角晶格空气孔和SOI基三角晶格Si02柱平板光子晶体的透射曲线进行分析,我们发现：只有半径变化时,在ΓK方向,禁带宽度随着半径的增加先增大后减小,其禁带中心波长变小；只有晶格常数变化时,禁带中心随晶格常数变大而右移。我们还研究了SOI基三角晶格不同折射率SiOx柱平板光子晶体具有相同周期结构时的禁带结构,在ΓK方向折射率差越大,禁带越宽,禁带中心波长变大。ΓM方向上,形成禁带的要求较高,ΓK方向上比ΓM方向容易形成有规律的禁带。(4)设计了一SOI基三角晶格Si02柱W1型直波导,对其透射曲线进行研究,在进行结构优化的过程中,使得缺陷态带宽变窄,得到一具有较好滤波功能的结构。

【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O734