發(fā)布時間：2021-04-19 19:54

  隨著硅基光子學(xué)的發(fā)展,高密度集成光學(xué)器件成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),對于單個光器件,滿足單模傳輸是最基本的要求,這可以避免模式間耦合、色散等負(fù)面效應(yīng);此外,光器件的輸入輸出端也應(yīng)便于與單模光纖進(jìn)行耦合,如果端口波導(dǎo)的尺寸太小,與光纖耦合的難度就很大,會影響光器件的性能。在集成光學(xué)領(lǐng)域,絕緣體上硅(SOI)材料被廣泛運(yùn)用,其導(dǎo)波層硅(即頂層硅)和下包層(即二氧化硅)的折射率差很大,由它們組成的脊形光波導(dǎo)在垂直方向上對光的限制作用很強(qiáng),但是在水平方向上對光的限制較弱,高階模會隨著光的傳輸迅速衰減,波導(dǎo)中最終只能存在基模,從而實(shí)現(xiàn)單模傳輸。因此,SOI脊形光波導(dǎo)在比較大的截面尺寸下仍能保持單模特性。本文旨在保證單模傳輸?shù)那疤嵯?設(shè)計出截面尺寸盡可能大的脊形光波導(dǎo),提高與單模光纖的耦合效率。本文從電磁波的麥克斯韋方程著手,采用模式匹配法(Film-mode-matching method,FMM),有限元法(Finite-elements method,FEM),有限差分法(Finitedifference method,FDM),有效折射率法(Effective-index method,EIM)分析了SOI脊形光波導(dǎo)中第一個高階模的傳播特性。同時利用FIMMWAVE軟件分析了內(nèi)脊高為2μm,3μm,和5μm的SOI脊形光波導(dǎo),提出了更加精確適用的單模條件,并與經(jīng)典的脊形波導(dǎo)單模條件進(jìn)行了比較,即Soref單模條件和EIM單模條件。研究發(fā)現(xiàn),在單模條件公式中,并不存在一個固定不變的常數(shù)α,使得改公式滿足所有幾何參數(shù)的脊形光波導(dǎo)。因此,針對這三種不同內(nèi)脊高的波導(dǎo),修改了對應(yīng)的α值,使其與模擬的結(jié)果吻合,同時提供了更大的尺寸選擇范圍。對于TE偏振來說,如果內(nèi)脊高超過5μm,α的值為0.3,與Soref公式相同;如果內(nèi)脊高為2μm,3μm,和5μm,對應(yīng)的α的值分別為0.45,0.4和0.35。對于TM偏振來說,α的值則是固定的,即0.25。利用本文的單模波導(dǎo)設(shè)計條件,成功應(yīng)用于硅基馬赫-曾德爾熱光開關(guān)的研制。本文成功制備了四組不同刻蝕深度的脊形光波導(dǎo),每組均包含不同寬度的波導(dǎo),涵蓋了單模波導(dǎo)和多模波導(dǎo)。在波導(dǎo)的測量方面,本文介紹了觀測波導(dǎo)模式的流程以及如何判斷光纖與波導(dǎo)是否成功耦合的方法,并討論了測試中出現(xiàn)的問題。最后值得一提的是本論文的研究對今后工程設(shè)計工作于光纖通信C波段大截面單模SOI脊型光波導(dǎo)及相應(yīng)的光子集成器件具有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN252

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 余金中,嚴(yán)清峰,夏金松,王小龍,王啟明;SOI光電子集成[J];功能材料與器件學(xué)報;2003年01期

本文編號：2082494