基于狄拉克半金属的亚波长光栅波导滤波器研究

作     者：梁潇 

作者单位：中南民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹振洲

授予年度：2020年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：狄拉克半金属 Cd3As2 亚波长光栅波导 滤波器 

摘      要：随着信息技术的发展,信息交换量的增加,传统的电学芯片越来越满足不了人们日益增长的对信息传输量的需求。此时,集成光学芯片顺势而生,光通信走向舞台。在光通信领域,光学滤波器是通信系统中的重要组成部分。光学滤波器只允许特定波长的光信号通过,它不仅可以滤除信号中所掺杂的噪音,从而还原出原始信号,还可以用于波分复用以及特定波长信号的选择,它对信号传输质量的高低起着关键性的作用。亚波长光栅波导可以对它的周期以及占空比进行灵活调整,从而使得亚波长光栅波导的有效折射率发生改变,进而设计出许多性能优良的集成光子器件。三维狄拉克半金属CdAs是一种新型材料,具有高电子迁移率、在空气中稳定性能良好和折射率可调等特性。基于狄拉克半金属CdAs亚波长光栅波导的可调选频滤波器,将新型材料狄拉克半金属CdAs的性能优点与亚波长光栅的结构优势相结合,在集成光子领域具有非常广阔的研究前景。本论文主要进行将新型光学材料三维狄拉克半金属CdAs用于实现基于亚波长光栅波导的滤波器的研究,设计制作出几种符合现代加工制造技术,器件结构尺寸小、滤波性能良好的滤波器,并利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件对这几种器件进行理论分析及仿真计算。本文主要研究工作如下:1.设计了基于狄拉克半金属CdAs的亚波长光栅波导的可调选频滤波器。该滤波器由二氧化硅基板、矩形硅块、两根亚波长光栅结构CdAs总线波导和亚波长光栅结构的CdAs微环谐振腔组成。通过调节电压加载圆弧段的电压,进而有效控制微环谐振腔的输出波长。仿真结果表明,当电压加载圆弧段的费米能从0eV变化到0.25eV时,输出谐振波长从1575.6nm偏移到1576.8nm,光波的透射率均在91%以上。2.设计了基于狄拉克半金属CdAs的亚波长光栅波导的TE模式阻塞滤波器。该滤波器由二氧化硅基板、一根CdAs条带,一根具有亚波长光栅结构的CdAs条带组成。仿真结果表明,在1567nm582nm波段,当输入TE模式的光波时,滤波器的消光比为?24.7dB;当输入TE模式的光波时,滤波器的插入损耗为?0.12dB。