收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

硅基微纳光波导集成型滤波器与光电探测器研究

盛振  
【摘要】:信息和通信技术的发展彻底改变了人们的思维方式和生活方式,促进了经济和社会的飞速发展。而光通信的诸多优势使得人们希望这项技术不仅仅局限于长距离通信方面的应用,而应该延伸至中短距离通信以及互连领域。由此,光通信及光互连中大量使用的集成光电子器件的研究吸引了越来越多的注意力。在降低成本和提高性能的愿望驱使下,集成光电子器件朝着高集成度的方向不断发展。在减小器件尺寸方面,采用高折射率差的光波导成为最直接有效的途径;在功能集成方面,将所有光功能集成在硅基材料中具有无可比拟的成本优势和诱人的发展前景。本论文紧紧围绕提高集成度的上述两个方面展开研究和讨论。 首先回顾了光波导基本理论,在用解析方法求解平板波导的同时介绍了波导的各种重要概念。为了精确求解复杂的光波导及其集成器件问题,必须采用数值模拟方法。对各种常用数值计算方法进行了介绍,包括有限差分方法、光束传播方法和时域有限差分方法。 研究了三种新型硅基强限制微纳光波导。通过调试并改进深刻蚀工艺,成功制作出了深刻蚀二氧化硅脊形光波导,实验中验证了这种波导可承受数十微米的弯曲半径,具有提高器件集成度的巨大潜力。根据不同的波导宽度,其传播损耗为0.33~0.81dB/mm,而侧壁散射是传播损耗的主要来源。基于这种波导,制作出了多模干涉耦合器,初步探索其在制作实际器件方面的应用价值。为了降低成本,制作并测试了SU-8聚合物脊形光波导及器件,如Y分支、微环谐振器、阵列波导光栅等。研究了硅纳米线光波导在极小弯曲半径下的弯曲损耗特性。通过比较各种数值计算方法,确定三维时域有限差分方法在此计算中是必要且可行的,并由此计算出弯曲损耗随波导尺寸和结构的变化关系。还进一步给出了微环谐振器的本征Q值与弯曲半径的关系。 基于硅纳米线光波导,本文研究了阵列波导光栅、微环谐振器等两种典型集成光滤波器。首先对硅纳米线阵列波导光栅进行了优化设计。通过在阵列波导末端引入双锥形辅助波导,并采用新型混合方法对辅助波导进行快速而精确的结构优化,有效改进了器件的通道均匀性。在不增加器件尺寸的情况下,使阵列波导光栅的可用通道数增加了50%。而为了采用硅纳米线光波导实现超高密度波分复用器(通道间隔0.1nm),我们选用微环谐振器阵列这一设计方案。通过合理设计,使单个微环谐振器的光谱响应达到系统要求,制作出的器件的Q值为4×104。考虑到实验工艺误差,我们还制作了微加热器,通过热光调谐的方式分别调节每个单元的谐振波长,从而使相邻微环谐振器的谐振波长间隔符合设计值0.1nm。实验结果表明,热光调谐方式可以方便的实现这一目标,且几乎不会改变原有的光谱响应形状。 为了降低光集成器件的成本及满足多功能集成的要求,需要把各种光功能器件集成在硅基材料上。由此引入了Ⅲ-Ⅴ族材料和硅基的异质集成技术。我们对异质集成技术的研究现状进行了讨论,并重点介绍本文所采用的以BCB聚合物为粘合剂的晶片粘合工艺。通过这一技术并采用倏逝波耦合方式,我们研制了SOI基InGaAs PIN型探测器。在器件设计阶段,为了消除电极对光的有害吸收以及满足光耦合的相位匹配条件,分别对电极结构和本征吸收层厚度进行了改进或优化。制作出的器件具有优良的性能:暗电流~10pA,响应率1.1A/W,并且响应谱宽可以覆盖整个S、C、L通信波段。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 万莉,王跃林;阵列波导光栅的最近研究进展[J];真空电子技术;2003年05期
2 ;光电集成与器件[J];中国光学与应用光学文摘;2008年03期
3 雷红兵,欧海燕,王红杰,胡雄伟,杨沁清,王启明;平面阵列波导光栅及其在WDM系统中的应用前景[J];光电子技术与信息;2000年03期
4 郭爱煌,傅君眉;基于阵列波导光栅的波分复用器件[J];光子技术;2001年02期
5 戴道锌,周勤存,潘德荣,吕翔,何赛灵,何建军;用MMI实现的平顶型AWG的特性分析[J];光电工程;2003年05期
6 吴粤湘,刘德明,鲁平;新型AWG的数值模拟研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2003年09期
7 贾东方,刘俭辉,胡智勇,王肇颖,李世忱;阵列波导光栅复用/解复用器研究进展[J];半导体光电;2004年03期
8 李健,安俊明,王红杰,夏君磊,郜定山,胡雄伟;单侧耦合16通道100GHz硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制[J];光学技术;2005年04期
9 郭福源;王明华;;阵列波导光栅解复用器光谱响应特性分析[J];光电工程;2006年10期
10 刘德明;阎嫦玲;鲁平;;自聚焦平板波导透镜及其应用[J];红外与激光工程;2006年S5期
11 吴薇;刘辛;陈婷;;三维有限差分光束传输法在AWG中的应用[J];光通信研究;2008年01期
12 秦政坤;马春生;;箱型光谱响应聚合物阵列波导光栅的研制(英文)[J];半导体学报;2008年12期
13 戴道锌,周勤存,何赛灵,何建军;阵列波导光栅的简便模拟方法及应用[J];光子学报;2002年08期
14 郭文滨;孙东明;王国东;马春生;陈维友;马东阁;;阵列波导光栅波分复用器计算机辅助分析系统[J];吉林大学学报(理学版);2006年02期
15 许英朝;张国伟;鄂书林;张大明;邓文渊;唐晓辉;;降低AWG插入损耗和串扰设计新方法(英文)[J];光子学报;2007年02期
16 李柏阳,杨建义,江晓清,王明华;阵列波导光栅器件的发展与应用[J];光通信研究;2000年03期
17 潘小龙,赵梓森;一种简化的基于BPM的AWG优化设计方法[J];半导体学报;2002年01期
18 李雪梅,邱怡申,郭福源,吕团孙;阵列波导光栅复用/解复用器焦场的数值分析[J];光子学报;2002年01期
19 万莉,吴亚明,王跃林;AWG插入损耗性能的分析和改善[J];光通信研究;2003年03期
20 赵峰,郑慧茹,王万林,周骏,贾振红;AWG与MMI器件的优化设计方法[J];光通信技术;2005年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜振华;高鸿;姜伟;李艾泽;;耐高温有机光波导材料[A];中国化学会第26届学术年会应用化学分会场论文集[C];2008年
2 贾科淼;唐衍哲;李柏阳;杨建义;江晓清;吴亚明;王跃林;;采用MMI结构研制具有平顶谱特性的AWG[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
3 陈玮;王德强;程继健;;新型硫卤玻璃的离子交换研究[A];2005中国硅酸盐学会特种玻璃分会学术研讨会会议论文集[C];2005年
4 费旭;胡娟;崔占臣;;可交联含氟聚酯型聚合物光波导材料的合成[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
5 宋媛;王锦艳;李林科;滕婕;张洪波;蹇锡高;赵明山;;新型聚芳醚砜酮光波导材料的合成及表征[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 李香丹;铁伟伟;Myong-Hoon Lee;;新型光敏聚芳醚光波导材料的合成与性能[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
7 李林科;滕婕;张洪波;宋媛;王锦艳;蹇锡高;赵明山;;新型聚合物基光波导材料成膜工艺及光学特性研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 姜振华;;耐热光波导材料的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
9 费旭;万莹;崔占臣;;用于制作光波导器件的含氟光刻胶的合成与表征[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
10 姜伟;王冬;赵义丽;罗盼;姜振华;高伟男;张大明;;新型含硫氟代聚酰亚胺光波导材料的性能研究以及应用[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 盛振;硅基微纳光波导集成型滤波器与光电探测器研究[D];浙江大学;2010年
2 杨波;SU-8强限制光波导及其器件研究[D];浙江大学;2012年
3 杨柳;基于强限制光波导的微环谐振器及其热光特性研究[D];浙江大学;2009年
4 邢华;溶胶-凝胶制备Sn-SiO_2光波导材料的基础研究[D];吉林大学;2005年
5 张雯;硅酸镓镧光波导的脉冲激光沉积与离子注入制备及性质研究[D];山东大学;2010年
6 赵金花;离子注入光学晶体波导结构的特性研究[D];山东大学;2011年
7 明宪兵;宽禁带半导体氧化锌晶体的离子注入光学效应研究[D];山东大学;2012年
8 鲁汪涛;边界积分方程在计算光子学中的应用[D];中国科学技术大学;2012年
9 郎婷婷;基于新型阵列波导光栅的波分复用和接入网平面波导器件[D];浙江大学;2009年
10 万莹;用于光波导材料的可直接紫外写入的含氟聚合物的研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 文雪;聚合物基光波导光纤耦合及封装研究[D];大连理工大学;2011年
2 陈芳;光波导衍射远场的特性分析与测量装置[D];福建师范大学;2012年
3 李毅;氧化锗空芯光波导的制备与性质研究[D];青岛科技大学;2012年
4 王艳秀;大角度Y分支脊型光波导及10Gbps光接收前置放大器的设计[D];西安电子科技大学;2013年
5 施祖军;SOI纳米光波导的研究及其工艺制作[D];华中科技大学;2011年
6 张金星;基于光波导互连的EOPCB的研究[D];华中科技大学;2011年
7 许文辉;含氟聚碳酸酯光波导材料的合成与表征[D];吉林大学;2013年
8 孔艳霞;离子注入YAG激光晶体光波导[D];山东大学;2010年
9 秦振华;基于离子注入的Rb/Ba-K离子交换KTP晶体光波导特性研究[D];山东大学;2011年
10 娄琪;带PML的光波导中模式展开方法的有效性分析[D];浙江大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 中国电信集团北方电信有限公司 胡静余;WDM-PON:1G带宽如何打造[N];通信产业报;2009年
2 吴映红;半导体光放大器应用广泛[N];中国电子报;2000年
3 彭鑫 陈颖禧;安捷伦重塑“惠普之道”[N];中国高新技术产业导报;2001年
4 ;光网络中的高速节点设备[N];人民邮电;2000年
5 ;华南崛起光器件制造业[N];人民邮电;2001年
6 记者 姚传富;华为烽火首次展示1.6T样机[N];人民邮电;2001年
7 记者 陈峰华;两项目获贴息补助850万元[N];嘉兴日报;2009年
8 王韶韵 李美琴;嘉兴工业园区为企业提供全方位优质服务[N];嘉兴日报;2009年
9 本报记者 于尚民;江苏俊知传感技术:物联网制造业急先锋[N];通信产业报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978