21世紀(jì)以來(lái),人類社會(huì)信息化進(jìn)程加快,數(shù)據(jù)處理和傳輸量急劇增長(zhǎng)。目前,人類社會(huì)處理數(shù)據(jù)、傳輸信息的主要載體是集成電路,然而隨著電子器件的集成度越來(lái)越高,人們?cè)趩挝幻娣e芯片上集成更多的晶體管越來(lái)越困難,摩爾定律越來(lái)越難維持,人們開始研究集成電路的替代品。光子與電子不同的物理性質(zhì)決定了集成光路具有更寬的帶寬和更快的傳輸速度,人們將目光轉(zhuǎn)向集成光子芯片。雖然硅有發(fā)光效率低、電光效應(yīng)弱等物理上的缺點(diǎn),但硅作為一種非常成功的集成電路材料,具有成熟的CMOS加工工藝,所以硅成為了集成光子學(xué)主導(dǎo)的材料平臺(tái)。目前的硅基光器件主要還是針對(duì)特定的需求去研發(fā)制作,然后通過光纖或波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)元器件之間的互聯(lián)。所以人們?cè)O(shè)計(jì)了很多硅基光器件,這些器件的發(fā)明為硅基光子集成的高效傳輸和調(diào)控提供了保障。光柵作為一種重要的衍射光學(xué)器件,獨(dú)特的衍射性質(zhì)使它在耦合、模式轉(zhuǎn)化、濾波等方面都有重要的應(yīng)用�；诠鈻沤Y(jié)構(gòu),本文做了兩方面的工作,一:設(shè)計(jì)了一種基于雙層光柵的垂直耦合器,二:在太陽(yáng)能吸光薄膜上引入光柵,提高電池的陷光能力。(1)垂直耦合器。現(xiàn)在的集成光路主要通過光纖將各光學(xué)元器件連接起來(lái),達(dá)到光互聯(lián)的目的,光纖-芯片間的高效耦合具有很大的應(yīng)用前景。光纖端面與波導(dǎo)間尺寸差距引起的模式失配,嚴(yán)重地影響了兩者之間的耦合效率,傳統(tǒng)的矩形光柵很難實(shí)現(xiàn)真正的垂直耦合。所以,本文設(shè)計(jì)了一種基于雙層光柵的耦合器結(jié)構(gòu),通過連續(xù)兩次光柵衍射實(shí)現(xiàn)高效地垂直耦合。原理上,這種耦合器克服了單層光柵背反射強(qiáng)的缺點(diǎn),利用上下放置的兩個(gè)光柵,實(shí)現(xiàn)了對(duì)光路傳播方向90度的偏折。選取合理的結(jié)構(gòu)參數(shù),在1500-1600nm波段,這種垂直耦合器達(dá)到了 58%的耦合效率,2db帶寬為60nm。(2)光柵結(jié)構(gòu)在提高太陽(yáng)能電池陷光能力上的應(yīng)用。太陽(yáng)能是一種清潔、可再生的能源,太陽(yáng)能的高效開發(fā)一直是人們研究的熱點(diǎn)。太陽(yáng)能電池就是利用光生伏打效應(yīng)將光直接轉(zhuǎn)化為電的裝置,它的發(fā)電原理是:特殊材料的基態(tài)電子吸收光子能量后躍遷,躍遷電子注入半導(dǎo)體導(dǎo)帶。所以,將光“限制”在介質(zhì)分子層能有效提高載流子生成效率,提高電池的轉(zhuǎn)換效率。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于衍射光柵的陷光結(jié)構(gòu),通過在電池薄膜引入光柵,成功的提高了電池的轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)引入的光柵周期是750nm,占空比是0.65時(shí),在350-850nm波段,這種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池獲得了 19.7%的轉(zhuǎn)換效率。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN25
【部分圖文】：

圖１．１．１晶體管制成隨時(shí)間變化｜４｜逡逑芯片制程［５，６］的大小體現(xiàn)了加工工藝的先進(jìn)與否，目前的芯片制成已經(jīng)縮小逡逑到了邋７ｎｍ，這意味著芯片上最小線寬僅為７ｎｍ，在這種尺寸＂１、就不得不考慮粒子逡逑

圖１．１．２電通信和光通信的距離／帶寬對(duì)比圖丨７］逡逑集成光子學(xué)主導(dǎo)材料平臺(tái)的確定存在過較大的爭(zhēng)議。目前的光子學(xué)主要使用逡逑硅基材料，主要是因?yàn)楣杌饴芳嫒莩墒斓模茫停希蛹庸すに嚕枪璨牧弦恍╁义喜焕硐氲奈锢硇再|(zhì)卻使得它在早期沒有立即進(jìn)入人們的視線，這其中有三個(gè)主要逡逑原因：逡逑１．硅是一種間接帶隙的半導(dǎo)體材料，在電子受激輻射過程中，除了要吸收大于電逡逑子躍徖需要的能量，還需要電子聲子相互作用使動(dòng)量發(fā)生改變，所以硅材料不適逡逑合作光器件，硅基激光器的研究存在困難。逡逑２．硅沒有快速?gòu)?qiáng)烈的電光調(diào)制效應(yīng)，硅的非線性效應(yīng)不強(qiáng)，對(duì)外加電場(chǎng)或ＤＣ的逡逑響應(yīng)比較弱，如克爾效應(yīng)［８，９］和泡克爾斯效應(yīng)［１０，１１］，常規(guī)方法不易有效快速地逡逑實(shí)現(xiàn)光調(diào)制。逡逑３？硅的禁帶寬度為１．１２ｕｍ，當(dāng)信號(hào)光波長(zhǎng)在紅外區(qū)時(shí)，硅對(duì)信號(hào)光沒有很好的響逡逑

逑Ｊ邋０．邋１Ｍ邋１Ｍ邋１０Ｍ邐１００Ｍ邋１ＫＭ邋１０ＫＭ邋１００ＫＭ逡逑圖１．１．２電通信和光通信的距離／帶寬對(duì)比圖丨７］逡逑集成光子學(xué)主導(dǎo)材料平臺(tái)的確定存在過較大的爭(zhēng)議。目前的光子學(xué)主要使用逡逑硅基材料，主要是因?yàn)楣杌饴芳嫒莩墒斓模茫停希蛹庸すに嚕枪璨牧弦恍╁义喜焕硐氲奈锢硇再|(zhì)卻使得它在早期沒有立即進(jìn)入人們的視線，這其中有三個(gè)主要逡逑原因：逡逑１．

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2808532