检索结果-南通市图书馆

作者：朱玉麟长春理工大学

学位级别：硕士

在光信息的时代,在全光网络(All Optical Network,AON)中作为核心部件起偏振复用或调控功能的偏振分束器,受到人们的广泛关注。其中,硅基光波导偏振分束器因为平面光波电路(Planar Lightwave Circuits,PLC)技术的存在,使得器件集成度和... 详细信息

在光信息的时代,在全光网络(All Optical Network,AON)中作为核心部件起偏振复用或调控功能的偏振分束器,受到人们的广泛关注。其中,硅基光波导偏振分束器因为平面光波电路(Planar Lightwave Circuits,PLC)技术的存在,使得器件集成度和工艺兼容性等方面具备诸多优势,有着极其广阔的应用前景和巨大的市场潜力。本论文主要研究基于绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator,SOI)波导的非对称马赫-曾德尔干涉型(Asymmetric Mach Zehnder interference,AMZI)偏振分束器。首先研究并分析了波导弯曲导致传输光折射率的变化机理,通过保角变换方法将弯曲波导等效成直波导,从而得到了弯曲波导经过保角变换后等效直波导的折射率分布公式,进而得出弯曲波导的折射率变化公式。然后将弯曲波导引起传输光折射率的变化理论引入到AMZI型器件中在其两臂之间形成可控光学相位差,从而产生了定义TE和TM模式在两个输出端独立输出的理论模型。通过MATLAB数据计算,设计了既无需外部调制手段也不用额外加工工艺就能达成偏振分束功能的AMZI型偏振分束器。利用有限差分光束传播法(Finite Difference-Beam Propagation Method,FD-BPM)软件对SOI波导AMZI型偏振分束器器件的性能进行模拟与优化设计。结果表明,当绝缘层和包覆层Si O材料的折射率为1.45509,厚度均为3.0μm;芯层Si材料折射2.95,内脊高1.2μm,外脊高2.0μm,脊宽1.5～2.0μm时,实现了理想的偏振分束器功能,其TE和TM两个模式的消光比分别为26d B和25d B,说明该器件结构可实现偏振分束的器件功能。最后,选择合适器件结构进行加工和实验测试,对理论和实验结果进行归纳与总结,并提出了一个器件性能改进方案。

关键词：绝缘体上硅波导偏振分束器弯曲波导马赫曾德尔干涉

基于亚波长光栅结构微环谐振器的折射率传感研究

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基于亚波长光栅结构微环谐振器的折射率传感研究

作者：付晨阳长春理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,硅基集成光子学的发展如火如荼,盖因硅基光子器件与微电子加工工艺相兼容,体积较小,易于集成。尤其在光学传感领域,硅基集成器件契合下一代片上传感系统的发展需求,拥有着巨大的发展潜力。硅基微环谐振器作为硅基器... 详细信息

随着科学技术的发展,硅基集成光子学的发展如火如荼,盖因硅基光子器件与微电子加工工艺相兼容,体积较小,易于集成。尤其在光学传感领域,硅基集成器件契合下一代片上传感系统的发展需求,拥有着巨大的发展潜力。硅基微环谐振器作为硅基器件库的基本组件之一,结构紧凑,谐振性能优异,在传感领域备受科学家们青睐。然而,在传统的条波导微环谐振器中,大部分的光被限制在波导内部传播,外界倏逝场微弱,光与外界待测物质的相互作用弱,器件的传感灵敏度较低。通过改变微环波导的结构可以有效地增强光与待测物的相互作用,例如将条形波导改为槽波导、光子晶体波导等,传感灵敏度被有效提高,但是可探测范围受到微环自由光谱范围的限制。为了拓宽可探测范围,游标法和色散法构成包络谱用于传感的方案被提出,但是传感灵敏度仍然较低。因此,兼具高传感灵敏度和宽可探测范围的折射率传感器亟待研究。本文提出了一种基于亚波长光栅结构的微环谐振器传感器件。一方面,亚波长光栅波导可将光集中在待测物质区,增强光与外界待测物的相互作用,从而提高传感灵敏度。另一方面,亚波长光栅波导的损耗和色散特性可被灵活地调节,利用其损耗和色散特性可得到包络型传输谱线,通过追踪包络型传输谱线随外界待测物质折射率的变化实现传感功能,该方案可以有效拓宽可探测范围,解除微环自由光谱的桎梏。为了验证上述研究方案,本文首先利用平面波展开法和时域有限差分法研究了亚波长光栅波导的模场、损耗和色散特性,进而研究了亚波长光栅微环损耗特性和耦合特性,即环程振幅传递因子和振幅透射系数,然后利用传输矩阵法得到亚波长光栅微环的包络型传输谱线。最后通过追踪包络谱随外界待测物质折射率的变化实现折射率传感功能。本文利用亚波长光栅微环的包络谱追踪传感方案,实现了传感灵敏度高达613 nm/RIU,可探测范围宽至0.5 RIU。为了研究上述亚波长光栅微环的传感性能影响因素,本文利用时域有限差分法首先分析了环程振幅传递因子和振幅透射系数的影响因素,随后分析了环程振幅传递因子和振幅透射系数对传感灵敏度的影响,最后总结归纳出亚波长光栅微环传感灵敏度的公式。通过分析可知,传感灵敏度不仅与环程振幅传递因子和振幅透射系数的色散特性相关,而且与它们随外界待测物质折射率变化相关。该公式为提升亚波长光栅微环传感性能提供了坚实的理论依据。利用本文提出的亚波长光栅微环谐振器可实现兼具高传感灵敏度和宽可探测范围的折射率传感器件,可为集成型折射率传感器件的发展提供理论基础,可为下一代片上传感系统的关键器件提供有力候选。

关键词：硅基微环谐振器亚波长光栅折射率传感包络谱可探测范围

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基于亚波长结构微环谐振器的传感特性研究

基于亚波长结构微环谐振器的传感特性研究

作者：孙士博长春理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,许多集成光学器件在绝缘体上硅平台上得以实现。微环谐振器作为集成光学器件中的基本组件之一,具有结构简单,谐振性能优异,可级联等优势,被广泛应用于集成光学传感器领域。硅基微环传感器的可集成,小型化和高性能,... 详细信息

随着科学技术的发展,许多集成光学器件在绝缘体上硅平台上得以实现。微环谐振器作为集成光学器件中的基本组件之一,具有结构简单,谐振性能优异,可级联等优势,被广泛应用于集成光学传感器领域。硅基微环传感器的可集成,小型化和高性能,迎合未来片上传感系统的发展趋势。硅基微环传感器的传感灵敏度和可检测范围一直是衡量其传感性能的重要指标,提高传感灵敏度可以增加检测的准确性,拓宽可检测范围可以提高传感器的适用性。为满足更加精准和更加适用的需求,本文提出两种同时实现高传感灵敏度和宽可检测范围的传感器件方案,一种基于亚波长光栅波导的赛道型微环传感器,并实验验证了传感灵敏度和可检测范围;一种基于含槽亚波长光栅波导的赛道型微环传感器,理论计算了传感灵敏度和可检测范围。主要工作包括以下几点:(1)利用平面波展开法,研究了亚波长光栅波导的传输特性和色散特性,通过时域有限差分法,计算分析了亚波长光栅波导微环谐振器的环程振幅传递因子和振幅透射系数的色散特性,利用传输矩阵法实现了微环的包络型传输谱线,仿真了不同外界折射率下微环包络型谱线的漂移情况,计算得到传感灵敏度为758.8 nm/RIU,可检测范围不再受限于微环谐振器的自由光谱范围。(2)根据上述理论模拟和仿真结果,设计亚波长光栅波导赛道型微环谐振器的结构参数,基于SOI平台,利用电子束光刻和耦合等离子体刻蚀等工艺加工技术,实现了亚波长光栅波导赛道型微环谐振器的制备,利用扫描电子显微镜对器件的形貌和尺寸进行了测量,实验测量了不同浓度甘油溶液下亚波长光栅波导赛道型微环谐振器的包络型谱线,传感灵敏度高达790.79 nm/RIU,对比并分析了理论和实验结果差异。(3)利用平面波展开法,研究了含槽亚波长光栅波导的传输特性和色散特性,通过时域有限差分法,计算分析了含槽亚波长光栅波导微环谐振器的环程振幅传递因子和振幅透射系数的色散特性,利用传输矩阵法实现了微环的包络型传输谱线,仿真了不同外界折射率下微环包络型谱线的漂移情况,计算得到传感灵敏度高达1000nm/RIU,可检测范围仍不受微环谐振器自由光谱范围的限制。利用本文提出的亚波长光栅结构微环谐振器可在提高传感灵敏度的同时拓宽可检测范围,可为亚波长光栅结构微环谐振器的设计提供理论参考,为折射率传感技术中关键器件性能的优化奠定基础,对片上传感系统的发展添砖加瓦。

关键词：硅基微环传感器包络型传输谱线亚波长光栅传感灵敏度可检测范围

用于折射率传感的一维光子晶体微环谐振器研究

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用于折射率传感的一维光子晶体微环谐振器研究

作者：胡述波长春理工大学

学位级别：硕士

光学传感技术是融合了多门重要学科的综合性技术,在疾病诊断、航空航天、生化防恐、环境监测等领域都发挥着重要作用。随着各类应用的发展,微型化、低成本、高灵敏度的光学传感器成为国内外研究热点。本文主要开展了基于一维光子晶体微... 详细信息

光学传感技术是融合了多门重要学科的综合性技术,在疾病诊断、航空航天、生化防恐、环境监测等领域都发挥着重要作用。随着各类应用的发展,微型化、低成本、高灵敏度的光学传感器成为国内外研究热点。本文主要开展了基于一维光子晶体微环谐振器的折射率传感研究,主要包括基于含槽一维光子晶体微环介质带模式,蝴蝶结型一维光子晶体微环空气带模式和色散型一维光子晶体微环的传感特性研究。首先针对含槽一维光子晶体微环,分别研究了空气孔半径,微环波导宽度和槽宽对其禁带位置与禁带宽度的影响,讨论了总线波导宽度和耦合间距对其耦合特性的影响,得到其传输特性,光场局域情况和各介质带模式的品质因子,探讨了含槽一维光子晶体微环介质带模式的传感灵敏度,最高可达495 nm/RIU。随后以蝴蝶结型一维光子晶体微环为研究对象,讨论了微环波导宽度,蝴蝶结孔半径和蝴蝶结角度对其空气带模式品质因子的影响,经优化后品质因子可达1.419×105。以高品质因子空气带模式为研究对象,得到了250 nm/RIU的传感灵敏度。最后,利用传输矩阵法,理论分析并推导出微环传输谱线表达式,发现其中振幅传递因子、振幅透射系数和有效折射率都与波长相关,因此,研究了色散对一维光子晶体微环传输特性的影响,发现色散可使传输谱线成为谐振强度不等的包络型谱线。探讨了耦合长度和耦合间距对传输谱线的影响,通过选定临界耦合点,得到色散型一维光子晶体微环的传感灵敏度可达310 nm/RIU。本文的研究工作为微型化、低成本、高灵敏度的集成化折射率传感器的发展提供了理论基础和创新性思路,为片上集成传感系统的发展起到了推动作用。

关键词：一维光子晶体微环谐振器品质因子色散特性传感灵敏度

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硅基光子晶体带隙增强的研究

硅基光子晶体带隙增强的研究

作者：费红阳长春理工大学

学位级别：硕士

硅基光子学的发展使突破微电子技术瓶颈成为可能,而硅基光子晶体在硅基光子学中拥有重要地位,将其独特的带隙特性应用到光学器件中,可以使硅基光子器件的性能与集成度得到显著提高。因此,增强带隙已成为硅基光子晶体研究的重要部分。本... 详细信息

硅基光子学的发展使突破微电子技术瓶颈成为可能,而硅基光子晶体在硅基光子学中拥有重要地位,将其独特的带隙特性应用到光学器件中,可以使硅基光子器件的性能与集成度得到显著提高。因此,增强带隙已成为硅基光子晶体研究的重要部分。本文首先对圆柱连接杆形光子晶体结构进行研究,研究结构分为三类:圆柱连接十字杆形光子晶体,圆柱连接斜交叉杆形光子晶体,圆柱连接正交叉杆形光子晶体。分别观察圆柱半径和杆的宽度的改变对其归一化带宽的影响并得出最优结构,并且在固定填充比的条件下观察归一化带宽随结构参数变化的规律。然后以铜币形散射元为基础构建了复式晶胞正方晶格二维光子晶体,探讨了结构参数对其禁带特性的影响,调节结构参数(外圆半径、方孔边长、介质杆宽度和方孔旋转角度)进行优化,得出最优归一化带宽,并与铜币形散射元正方晶格二维光子晶体结构进行了对比。最后研究了圆柱打孔形光子晶体,主要分四类:圆柱打一孔形光子晶体,圆柱打两孔形光子晶体,圆柱打三孔形光子晶体,圆柱打四孔形光子晶体。探讨了对称轴条数对圆柱打孔形光子晶体的影响。总而言之,本文设计了多种新型光子晶体结构并对其优化以使带隙增强,研究结果为硅基光子晶体获得较大的归一化完全禁带宽度提供了有效方法,为高性能的硅基光子晶体微腔、波导和滤波等器件的设计提供了理论参考。

关键词：硅基光子学光子晶体归一化带宽

基于周期微纳结构环形谐振器的Fano效应研究

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基于周期微纳结构环形谐振器的Fano效应研究

作者：李佳轩长春理工大学

学位级别：硕士

微环谐振器（MRR）滤波性能优良,结构简单,Q值高,谐振性能优异,易于集成等优点,受到了研究人员的广泛关注。但是,它的传输谱线是对称的洛伦兹形,基于这种谱线的器件有着消光比低,谐振峰斜率小,调制深度低等缺点。法诺谐振谱线具有明显... 详细信息

微环谐振器（MRR）滤波性能优良,结构简单,Q值高,谐振性能优异,易于集成等优点,受到了研究人员的广泛关注。但是,它的传输谱线是对称的洛伦兹形,基于这种谱线的器件有着消光比低,谐振峰斜率小,调制深度低等缺点。法诺谐振谱线具有明显的不对称特征,透射系数在很小波长范围内就可以从最大变为最小,比洛伦兹谱线更陡峭,可以显著地减少光开关所需要的频率改变或提高生化传感器的检测极限。目前,研究人员基于多环耦合,嵌套微环,微环谐振器与法布里珀罗腔耦合结构,以及微环谐振器与马赫曾德尔干涉仪相结合等结构实现了法诺谐振。但是,这些方案中器件结构复杂,尺寸不利于超密集集成,对制备精度要求很高。本文提出在单个微环谐振器的总线波导耦合区两侧各插入一个部分反射单元构成法布里珀罗腔,进而利用两腔中光波的耦合实现法诺谐振。首先,利用传输矩阵法建立了含有反射单元的微环谐振器的理论模型,随后得到了该结构的传输函数,分析了其传输谱线。结果表明,由于法布里珀罗腔与微环谐振器之间模式耦合,可产生法诺线形,电磁诱导透明和电磁诱导吸收线形。基于本模型,本文给出了法诺等线形的产生条件,分析法诺等线形的影响因素,并研究了各个线形的性能参数。基于该理论模型,本文设计了三种实际结构,第一种是圆形空气孔作为反射单元的微环谐振器,第二种是周期微纳结构微腔微环谐振器,第三种是周期微纳结构微环谐振器。他们都实现了法诺谱线等丰富线形,很好地验证了理论模型。本文建立了单个微环谐振器Fano谐振理论模型。设计了三种实际结构,他们具有简单紧凑、性能优异的优点,可取代原有的复杂结构。可为利用法诺谐振效应的应用,如生物化学传感、滤波等,提供一个有力候选。

关键词：微环谐振器 Fano效应周期微纳结构 Fabry-Perot腔电磁诱导透明电磁诱导吸收