检索结果-南通市图书馆

维普期刊数据库博看期刊

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于大面积有机钙钛矿单晶的光栅耦合器研究

基于大面积有机钙钛矿单晶的光栅耦合器研究

作者：李瑞雪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钙钛矿是一种新型半导体材料,具备载流子扩散距离长、带隙可控、载流子寿命长等优点。近年来钙钛矿不仅于太阳能电池的研究中扮演重要角色,也被广泛应用于微型激光器、光电探测器的研究中,具有很好的应用前景。然而目前关于将各类钙钛... 详细信息

钙钛矿是一种新型半导体材料,具备载流子扩散距离长、带隙可控、载流子寿命长等优点。近年来钙钛矿不仅于太阳能电池的研究中扮演重要角色,也被广泛应用于微型激光器、光电探测器的研究中,具有很好的应用前景。然而目前关于将各类钙钛矿光电器件进行集成的相关研究却很少,其中一个重要原因在于材料制备方面的瓶颈。尽管理论上钙钛矿单晶相较于多晶薄膜具有更好的光电性能,目前大多数基于钙钛矿的器件依然依赖于多晶薄膜,现实与理论的差距说明现有的钙钛矿单晶材料制备工艺仍然存在改善空间。所以要在钙钛矿集成光电的探索道路上继续前进,需要大尺寸的优质钙钛矿单晶作为研究平台。本文针对有机钙钛矿(MAPb Br)材料的制备方法,分析了钙钛矿一步溶液法薄膜、反溶剂气相辅助法生长单晶、空间限制法生长单晶之间的形貌差异,发现单晶比薄膜表面缺陷更少。在此基础上本文优化了用空间限制法生长钙钛矿单晶的条件,对溶液浓度和压力参数进行调整,利用钙钛矿饱和浓度溶液与200-600g砝码施加压力获得了大尺寸的钙钛矿单晶,厚度集中在200-400 nm,尺寸可达1 mm。利用X射线能谱与X射线衍射分析手段,本文确定了钙钛矿结晶晶系并发现空间限制法单晶相较其他两种制备手段具有更高结晶度。本文还设计透射反射光路测定钙钛矿单晶的吸收带边,计算获得有机钙钛矿带隙为E (28)2.3e V,利用椭偏仪测试晶体的折射率参数,为后续工作确定基础。在确定钙钛矿单晶的折射率之后,本文设计了1550 nm波段的光栅耦合器,光栅耦合器是光纤与片上波导信号传输的端口。同时考虑到钙钛矿材料暴露在空气中容易受水蒸气和氧气破坏,本文还对带包层和无包层两种情况进行了仿真。仿真运用的是lumerical软件,分别对光栅进行了周期、占空比、耦合角度、刻蚀深度的优化,设计耦合效率分别为37%与30%的带包层光栅与无包层光栅。最后根据模拟仿真的结果,用电子束曝光技术(EBL)和感应耦合等离子刻蚀技术(ICP)等微纳加工技术,制作了钙钛矿光栅耦合器样品。并分析了带包层和无包层的样品制作工艺。利用光路测试了光栅耦合器的耦合效率,最终在无包层的光栅样品中测得2.5%的耦合效率,而带包层的样品并无信号。实验结果证明利用空间限制法制备的大尺寸单晶具有作为集成光路平台的潜力,但钙钛矿单晶厚度的均一性需要优化,保持材料稳定性的手段也需要探讨。

关键词：钙钛矿单晶光栅耦合器耦合效率

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

硅基集成光栅耦合器及其偏振无关特性研究

硅基集成光栅耦合器及其偏振无关特性研究

作者：邵士茜华中科技大学

学位级别：硕士

光栅的研究与应用有着悠久的历史。随着现代集成光学的发展,特别是硅基光电子学的发展,新型的微纳米级光栅器件由于其结构紧凑、功能多样、制作方便,在现代集成光学中占据了一个重要的位置。作为集成光学中的耦合器件,光栅耦合器具有耦... 详细信息

光栅的研究与应用有着悠久的历史。随着现代集成光学的发展,特别是硅基光电子学的发展,新型的微纳米级光栅器件由于其结构紧凑、功能多样、制作方便,在现代集成光学中占据了一个重要的位置。作为集成光学中的耦合器件,光栅耦合器具有耦合效率高、耦合对准容差大、制备封装成本低、无需芯片端面抛光、可以在芯片任何位置实现信号上载下载等优点,成为集成光学中最具潜力的耦合方法。集成光学的微纳米线条尺寸使得其很多光学器件存在偏振敏感性,降低了集成光学系统工作的稳定性。对于偏振不敏感的集成光学器件的研究已经受到人们的关注并初有成效,然而硅基集成光栅耦合器的偏振无关特性的实现却仍是一个难题。本文在“国家自然科学基金”的支持下,对硅基集成光栅耦合器进行了理论和实验研究,并对偏振无关的硅基集成光栅耦合器进行了研究与创新。主要工作如下: (1)介绍了光栅耦合器的理论与制作、测试方法。对完全垂直输入光栅耦合器与输出光栅耦合器进行了设计与优化,对光栅耦合器进行了工艺制备与性能测试,并采用热氧化方法将硅基光栅器件刻蚀后的表面粗糙度由11 nm减小到了5 nm。介绍了光栅耦合器在硅基混合集成中的应用,并进行了一些工艺制作。 (2)提出了一种偏振无关的新型T型光栅耦合器,在1510 nm-1580 nm波长范围内,器件的偏振相关损耗低于0.05 dB,TE和TM模式的耦合效率高于50%,实现了高效率、偏振无关的耦合功能。 (3)设计了采用光栅进行耦合的偏振无关的硅基混合集成光探测器,将T型偏振无关光栅耦合器应用在硅基混合集成光探测器的耦合中,在1490 nm-1560 nm波长范围内,器件的偏振相关损耗低于0.05 dB,耦合进入有源层的效率高于80%,实现了硅基混合集成光探测器的偏振无关特性。 (4)对偏振无关的另一种实现方式——偏振分束进行了介绍,提出了一种基于slot刻槽光栅的偏振分束器,其在1530 nm-1630 nm波长范围内,器件的偏振消光比大于15 dB,实现了偏振分束功能。

关键词：硅基光子学光栅耦合器偏振无关硅基混合集成偏振分束

面向基于VCSEL的片上光互连的新型垂直光栅耦合器的研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

面向基于VCSEL的片上光互连的新型垂直光栅耦合器的研究

作者：张茜瑀北京邮电大学

学位级别：硕士

随着信息社会的高速发展和大数据时代的到来,通信速率日益提升,但是电互连在高速数据通信中存在传输延迟大、易受电磁干扰的缺陷。因此,研究者们提出了利用光子作为信息载体来代替电子,期望可以利用具有传输速率更快、抗电磁干扰能力更... 详细信息

随着信息社会的高速发展和大数据时代的到来,通信速率日益提升,但是电互连在高速数据通信中存在传输延迟大、易受电磁干扰的缺陷。因此,研究者们提出了利用光子作为信息载体来代替电子,期望可以利用具有传输速率更快、抗电磁干扰能力更强的光互连代替电互连,实现高速低功耗海量信息的传输,突破电互连技术存在的瓶颈。硅基光子集成回路具有成本低、集成密度高、可以直接利用成熟的 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)工艺线制备的优点,被认为是一种前景广阔的片上光互连解决方案。经过近几十年的研究,硅基光子集成快速发展,但是硅基片上光源的问题尚未解决。混合集成光源是产业界广泛采用的高性能硅基光源解决方案,但是如何实现外部激光器与集成硅波导的高效光耦合,仍是一大挑战。此外,垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)具有阈值低、功耗低、尺寸小等优点,适用充当混合集成光源。但是由于VCSEL存在偏振跳变效应,同时标准硅光子波导由于存在强的偏振选择性,从而降低VCSEL与硅波导之间的耦合效率。如果不加以解决,基于此方案的片上光通信/互连系统的误码率将上升,导致通信质量下降。本工作采用硅基光栅耦合器将VCSEL垂直输出光高效地耦合到硅光子平面集成器件中,并实现对VCSEL输出光的偏振态控制,解决混合集成系统中光源与硅光子集成回路之间存在的耦合问题。主要的研究成果和创新点如下:1、深入分析了 VCSEL的偏振控制原理,并研究了 VCSEL偏振控制的理论模型,如四能级VCSEL偏振动力学模型、外腔光反馈偏振控制模型。研究并总结了光栅耦合器的分析和设计方法,如严格耦合波理论分析法、时域有限差分法。2、提出并设计了氮化硅-硅双层垂直光栅耦合器,该光栅耦合器可以实现对VCSEL输出光的偏振态控制,同时实现VCSEL与平面硅波导之间的高效耦合。将该光栅耦合器与VCSEL进行混合集成,集成后的结构作为硅基混合集成光源。仿真表明,在输入波长1550 nm时,该光栅耦合器对TE主模光场的耦合效率达到了-3.6 dB。当VCSEL外腔长度为1 μm且偏置电流小于2.6 mA时,VCSEL的输出光场可稳定在单TE模式。3、研究并设计了基于SOI(Silicon-on-Insulator)的单层垂直光栅耦合器,该光栅耦合器能够控制VCSEL的偏振状态,使其稳定在TE模式,同时维持VCSEL到平面硅波导的高效耦合。将该光栅耦合器与VCSEL进行混合集成,集成后的结构作为硅基混合集成光源。仿真表明,在输入波长1550 nm时,该光栅耦合器对TE主模光场具有-6.5 dB的耦合效率。当VCSEL外腔长度为0.6 μm且偏置电流小于3.9 mA时,VCSEL的输出光场可稳定在单TE模式。4、完成对单层垂直硅基光栅耦合器的版图设计与基于SOI结构的焦距为400 μm亚波长条形光栅汇聚反射镜的研制,与课题组其他博士协作搭建了用于测试条形光栅汇聚反射镜反射率的实验系统,并对实验测试数据进行了计算处理分析。通过积分计算得到亚波长条形光栅汇聚反射镜在焦点处的反射率为80.5%,半高全宽为168 μm,焦点处的最高反射光功率达到414 μw。

关键词：硅基光互连垂直腔面发射激光器光栅耦合器偏振控制耦合效率

掺半导体玻璃波导光栅耦合器及其功率限制作用

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

量子电子学 1994年第1期11卷 23-25页

作者：郑杰徐迈王淑荣文雨水邹景惠霍振光李多禄中国科学院长春物理所

本文报导了在掺半导体玻璃波导上用离子刻蚀的方法制备出了表面刻蚀光栅耦合器。观察到了光栅耦合器的耦合效率随着输入激光功率增加而下降的功率限制作用。

关键词：光栅耦合器非线性波导耦合器

维普期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于集成光子芯片的光栅耦合器研究

基于集成光子芯片的光栅耦合器研究

作者：伍瑞钦华中科技大学

学位级别：硕士

近几十年来,集成电路技术飞速发展,集成度不断地提高,性能不断增强,然而受限于其物理性质的限制,集成电路的速率、延迟和功耗等逐渐成为了无法忽视的问题。而硅基集成光子芯片与集成电路相比在这些方面有着巨大的优势,因此近年来成为了... 详细信息

近几十年来,集成电路技术飞速发展,集成度不断地提高,性能不断增强,然而受限于其物理性质的限制,集成电路的速率、延迟和功耗等逐渐成为了无法忽视的问题。而硅基集成光子芯片与集成电路相比在这些方面有着巨大的优势,因此近年来成为了研究热点,各种高性能的硅基器件被成功实现。然而要想真正的实现集成光子芯片的实际应用,除了需要高性能的器件之外,还需要高性能的耦合器用于实现芯片与光纤之间的耦合。光栅耦合器由于其制作简单、对准容差大、布局方便,已经成为了一种较理想的耦合方案。本文针对光纤与集成光子芯片之间的光栅耦合器进行了研究,提出了双层光栅耦合器结构,对于促进光纤与集成光子芯片间的高效耦合技术的发展具有重要的现实意义。论文的主要研究内容如下:(1)采用布拉格衍射条件,对光栅耦合器耦合原理进行了定性分析,分析了光栅耦合器的耦合条件和耦合类型,对光纤与硅波导中的模式进行了分析,并给出了耦合效率的计算公式。(2)建立了单层光栅耦合器的模型,分析了单层光栅耦合器各结构参数对耦合效率的影响,通过对各结构参数进行优化,设计出了一种耦合角度为12.5°的单层光栅耦合器结构,并对工艺误差可能对耦合效率造成的影响进行了分析。(3)针对单层光栅耦合器的耦合损耗来源进行了分析,通过数值计算,发现损耗主要来自光栅的反射和向下衍射损耗。建立了双层光栅耦合器的理论模型,通过干涉减弱法降低了光栅耦合器的耦合损耗。通过优化结构参数,设计出了一种耦合角度为9°的近垂直耦合双层光栅耦合器,1550nm波长处的耦合效率为81%,3d B带宽为90nm。针对提出的近垂直耦合双层光栅耦合器,给出了一种可行的制作工艺流程,并对工艺容差进行了分析。

关键词：硅基光子学集成光子芯片绝缘体上硅光栅耦合器双层光栅耦合器

基于多波长匹配的宽带高效SOI垂直光栅耦合器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于多波长匹配的宽带高效SOI垂直光栅耦合器

作者：胡万祯中南民族大学

学位级别：硕士

硅基光集成芯片由于具有低成本、高稳定性和大带宽等优点，被广泛地应用到光通信、光传感、光探测与光互连等各个领域。但是要实际地应用硅基集成芯片，除了考虑芯片上器件的信号处理功能，如何实现光纤与芯片之间的高性能耦合也是一个... 详细信息

硅基光集成芯片由于具有低成本、高稳定性和大带宽等优点，被广泛地应用到光通信、光传感、光探测与光互连等各个领域。但是要实际地应用硅基集成芯片，除了考虑芯片上器件的信号处理功能，如何实现光纤与芯片之间的高性能耦合也是一个关键问题。作为光纤与芯片之间的典型耦合器件，光栅耦合器适合大批量制造和封装，成本低，并且可以兼容晶圆级别测试。然而，由于光纤和硅基芯片的典型尺寸差异大，其模场也存在失配的问题，导致光栅耦合器的耦合效率和带宽性能低。此外，随着通信容量需求的不断增大，光栅耦合器件在如波分复用等有大带宽需求的系统中应用广泛，但是传统光栅耦合器设计方案获得的带宽有限，无法满足日益增长的应用需求，所以需要能够支持宽带和高效性能的耦合器设计方案。　　因此，为了实现光栅耦合器的宽带高效耦合，本文首先分别研究了多个波长情况下光栅耦合器的有效折射率(EI)匹配和模场(FP)匹配原理，根据这些原理研究了多波长EI匹配和FP匹配误差的衡量指标以及提出方案。然后通过研究光栅参数对多波长EI匹配误差的影响以及光栅性能的变化,进一步探索了多波长EI匹配误差对耦合性能的影响，实现了多波长EI匹配的光栅耦合器。同样地，研究了不同光栅参数分别对多波长FP匹配程度的影响以及性能的变化，进一步探索了多波长FP匹配对光栅耦合性能的影响，实现了多波长FP匹配的光栅耦合器。最后，本文提出了一种在多个波长同时提升光栅耦合器的EI匹配和FP匹配的设计方法，实现了宽带高效均匀光栅耦合器设计。本文的具体工作内容包括以下四个方面。　　(1)研究了光栅耦合器在多波长情况下匹配的原理。建立了光栅耦合器模型，详细分析了光栅耦合器的单波长匹配基础原理，提出了基于多波长的EI匹配和FP匹配原理和方案。定义了衡量多波长EI匹配和FP匹配程度的均方根误差RMSE-EI和RMSE-FP作为指标。最后分析比较了不同的数值方法，为后文的研究奠定基础。　　(2)研究了光栅耦合器在多个波长时的EI匹配影响因素及其对光栅耦合性能的影响规律，利用该规律提升了光栅耦合性能。提出了多波长有效折射率匹配均方根误差(RMSE-EI)衡量多波长EI匹配程度,并研究了不同RMSE-EI对光栅耦合器性能的影响，其中，采用1525nm到1575nm范围内的积分效率(ICE)作为衡量光栅耦合器性能的指标。通过研究发现，在RMSE-FP参数固定时，降低RMSE-EI可以增大光栅耦合器的耦合性能ICE。最后，对比分析了不同RMSE-FP下多波长EI匹配对均匀光栅耦合器性能的影响，实现多波长EI匹配的光栅耦合器设计。经过多波长EI匹配优化的光栅耦合效率可达46％,1-dB耦合带宽可达50nm,在目标范围1525nm到1575nm内的ICE可达21.5,相比于单波长匹配的均匀光栅耦合器的ICE提升了3.7。　　(3)研究了在多个波长FP匹配的影响因素和耦合情况，发现了多波长FP匹配对光栅耦合性能的影响规律，利用规律提升光栅耦合性能。本文提出了多波长FP匹配均方根误差(RMSE-FP)来衡量多波长模场匹配程度，并研究了不同RMSE-FP对光栅耦合器ICE性能的影响。通过研究发现，在RMSE-EI参数固定时，降低RMSE-FP可以增大光栅耦合器的耦合性能ICE,本文也对其他情况下的RMSE-FP影响做了分析。通过降低RMSE-FP来增大多波长FP匹配，从而提升了光栅的效率和带宽性能。优化得到的耦合效率可达45.7％,1-dB耦合带宽可达47.33nm,在目标范围1525nm到1575nm的积分效率ICE可达21,相比于单波长FP匹配的均匀光栅耦合器ICE提升了3.2。　　(4)研究了同时提升多波长EI和FP匹配对耦合性能的影响,通过降低RMSE-EI和RMSE-FP,实现了耦合效率和带宽提升的光栅耦合器。经过多波长匹配综合优化的均匀光栅耦合效率可达49％,1-dB耦合带宽可达52nm,积分效率ICE为22.31。进一步优化BOX层厚度，可以实现59％的耦合效率，1-dB耦合带宽可达56.47nm,ICE达到27.52,相比于单波长匹配的均匀光栅耦合器提升了9.72。结果表明，本文提出的多波长方案能有效地提升光栅耦合器的效率和带宽性能。此外，本文也对光栅耦合器的容差性能进行了分析，并介绍了光栅制作工艺以及单步刻蚀的光栅耦合器制作步骤。

关键词：光栅耦合器多波长匹配相位匹配模场匹配

CMOS工艺兼容的高效波导型光栅耦合器研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

CMOS工艺兼容的高效波导型光栅耦合器研究

作者：王安鑫上海大学

学位级别：硕士

随着半导体技术的飞速发展,传统微电子器件面临着散热、速率受限、信号串扰等技术瓶颈问题,无法满足人类社会日益增长的通信速率需求。硅光子技术将光子技术的低损耗、高速率和高抗干扰特性与微电子技术的成熟工艺、高集成度等优势结合... 详细信息

随着半导体技术的飞速发展,传统微电子器件面临着散热、速率受限、信号串扰等技术瓶颈问题,无法满足人类社会日益增长的通信速率需求。硅光子技术将光子技术的低损耗、高速率和高抗干扰特性与微电子技术的成熟工艺、高集成度等优势结合在一起,是解决通信技术瓶颈的一个极具前景的方案。然而,硅基光源的集成始终是一个难题,大部分的硅光子集成芯片都需要引入外部光源。光栅耦合器作为引入外部光源的主流方案之一,具有制造简单、对准容差大、摆放位置灵活和可进行晶圆级测试等优点。然而,目前光栅耦合器中普遍存在着由反射引起的耦合谱线出现周期性振荡和耦合效率不高等问题。本论文针对上述问题,分别在硅平台和氮化硅平台上设计了适用于C波段和中红外波段的光栅耦合器。研究内容以及创新点概括如下:(1)研究了光栅耦合器的耦合理论,对比了正角度耦合和垂直耦合的优劣势,研究了聚焦型光栅耦合器的原理。在220 nm的SOI平台上设计了C波段均匀周期聚焦型光栅耦合器,光栅耦合器的测试中心波长为1550 nm,峰值耦合效率为-3.74 d B,测试耦合效率谱线中存在由反射引起的0.06 d B的振荡,提出了一种提取光栅耦合器反射率的方法并得到了C波段均匀周期聚焦型光栅耦合器1550 nm处的反射率,大小为-25.6 d B。(2)研究了低反射光栅耦合器。研究了一种通过将反射光汇聚至波导外来降低光栅耦合器的反射率的方案,该方案可以在基本不影响光栅耦合器的耦合效率的情况下降低反射率,在220 nm的SOI平台上设计了不同倾斜角φ0的低反射聚焦型光栅耦合器,倾斜角度φ0为0°、30°的光栅耦合器的峰值耦合效率分别为-3.82 d B、-4.9 d B,1550 nm处的反射率分别为-27.11 d B、-30.87 d B,对应的振荡幅度分别为0.04 d B和0.02 d B。(3)研究了硅-氮化硅双层结构的光栅耦合器。首先设计了单层氮化硅光栅耦合器,发现耦合效率对埋氧层厚度十分敏感,埋氧层厚度变化280 nm,耦合效率会变化6 d B。随后,设计了硅-氮化硅双层结构的光栅耦合器,通过优化算法优化了结构参数,得到了在1555 nm中心波长处峰值耦合效率为-1.61 d B的硅-氮化硅双层结构光栅耦合器,埋氧层厚度变化270 nm,耦合效率仅变化0.39 d B,并且耦合效率对其它结构参数敏感度较低。(4)研究了2μm波段的光栅耦合器。根据光波导模场的约束因子选择了顶层硅厚度为0.34μm的SOI进行2μm波段的光栅耦合器的设计。首先设计了在2μm波长处耦合效率为-2.28 d B的均匀周期光栅耦合器。随后,引入变周期结构提升了光栅耦合器的耦合效率,变周期光栅耦合器的峰值耦合效率为-1.88 d B,均匀周期与变周期光栅耦合器的测试耦合效率分别为-5.07d B和-4.1 d B。

关键词：光栅耦合器耦合效率低反射双层光栅耦合器中红外波段

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

铌酸锂浅刻蚀光栅耦合器的制备和性能研究

铌酸锂浅刻蚀光栅耦合器的制备和性能研究

作者：刘思琦华东师范大学

学位级别：硕士

铌酸锂材料的出现为集成光子器件带来了新的发展,因其优秀的电光、铁电、非线性等效应被大量用于光子器件的制作。伴随着离子注入技术和键合剥离技术生产的高品质铌酸锂薄膜的出现,基于铌酸锂平台集成的微纳光子器件也逐渐成为人们研究... 详细信息

铌酸锂材料的出现为集成光子器件带来了新的发展,因其优秀的电光、铁电、非线性等效应被大量用于光子器件的制作。伴随着离子注入技术和键合剥离技术生产的高品质铌酸锂薄膜的出现,基于铌酸锂平台集成的微纳光子器件也逐渐成为人们研究的重点。集成光子器件致力于将输入、调控以及输出等功能同时实现在小尺度平台上,对于大部分无源光子器件来说,器件的输入单元是研究的重要关注点之一。光栅耦合相对于其他耦合方式来说,具有易加工、灵活性高以及不需要对器件进行特殊处理的优势,通过将光栅耦合器与光子器件联用,能在保证器件小型化的基础上,满足其测试和使用的需求。目前,铌酸锂光栅耦合器已有大量报道,研究大多侧重于光栅耦合效率的提高,且高耦合效率通常对应较深的刻蚀深度。对于集成光子器件来说,在其表面刻蚀光栅会给器件带来一定的损伤,进而降低光子器件的性能和效率。因此,本文以浅刻蚀为主题,重点研究铌酸锂平台上光栅耦合器的设计与制备,以及光子器件损伤和耦合效率之间的平衡问题。首先提出了一种基于铌酸锂平台的浅刻蚀高效耦合光栅。利用时域有限差分算法对光栅的多个参数进行仿真优化,在刻蚀深度为134 nm时获得最佳耦合效率。同时在实验上使用自制的光栅耦合测试系统来测量光栅的耦合效率,该浅刻蚀光栅在仿真和实验上分别实现了46.2%和33.9%的耦合效率。利用软件拟合和分析实验数据,证明了浅刻蚀的光栅器件可以实现较好的耦合性能,为铌酸锂集成光子器件的研发提供参考。其次研究了一种新型的浅刻蚀光栅耦合器与光学微腔结合的空间光耦合方式。在保证耦合效率的同时尽可能地提高微腔品质因子。首先采用时域有限差分算法设计微腔大小,确定微腔半径为15μm,通过微腔共振光谱确定刻蚀深度仅为90nm的光栅耦合结构。优化腔上光栅位置参数,发现光栅只有加工在微腔边缘处时,才能实现腔内模式共振激发的效果。同时关注了光栅刻蚀深度给微腔品质因子带来的影响,结果表明,浅刻蚀光栅相对于深刻蚀光栅来说,光学微腔的品质因子会提升一个数量级,由此证明光子器件上浅刻蚀光栅耦合方案的可行性。

关键词：铌酸锂光栅耦合器浅刻蚀时域有限差分算法光学微腔

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于亚波长结构的硅基垂直光栅耦合器研究

基于亚波长结构的硅基垂直光栅耦合器研究

作者：金鑫华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,绝缘衬底上的硅(SOI)被业内公认为是一种非常有潜力的,能够实现大规模、高密度光电子集成电路(PICs)的新材料。然而在高度集成的PICs中,纳米光波导与单模光纤之间的巨大模场失配给它们之间的耦合带来了很大的困难。一种行之有效... 详细信息

近年来,绝缘衬底上的硅(SOI)被业内公认为是一种非常有潜力的,能够实现大规模、高密度光电子集成电路(PICs)的新材料。然而在高度集成的PICs中,纳米光波导与单模光纤之间的巨大模场失配给它们之间的耦合带来了很大的困难。一种行之有效的办法是使用表面光栅耦合器来实现纳米光波导与单模光纤之间的高效耦合。本文主要研究设计、制备并测试了基于亚波长结构的全刻蚀SOI光栅耦合器,具体工作如下:(1)建立了TE、TM模光栅耦合器的二维模型,提出了一套完整的非均匀光栅设计方案,以此来优化光栅的衍射场分布,增大和单模光纤模场分布的重叠积分,从而提高耦合效率。特别的,我们提出了一种简单易行、可编程化的非均匀光栅排布方法,能够精确布置每个光栅单元的泄露因子以合成完美的高斯型衍射场,我们设计的TE模非均匀光栅的衍射场与光纤高斯模场的重叠积分高达98.3%;(2)基于等效介质理论,设计了两种具有不同亚波长结构的光栅耦合器:基于亚波长光栅(SWG)的光栅耦合器和基于光子晶体(Ph C)的光栅耦合器。利用三维FDTD模拟得到的TE模SWG光栅耦合器、TM模SWG光栅耦合器以及TE模Ph C光栅耦合器的峰值耦合效率分别达到27.2%、43.3%和34.7%;(3)按照硅基波导器件的工艺流程制作了TE、TM模SWG光栅耦合器,搭建了波导测试平台对制得的光栅耦合器进行测试。实验测得的TE模SWG光栅耦合效率达到-7.6d B,1d B带宽为45nm,TM模SWG光栅的耦合效率达到-6.1d B,1d B带宽为34nm,然后根据SEM以及测试结果对光栅耦合器的设计提出了优化方案。

关键词：绝缘衬底上的硅光栅耦合器等效介质理论啁啾全刻蚀亚波长光栅光子晶体