本文關(guān)鍵詞：14xx nm喇曼光纖激光器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《清華大學(xué)》 2004年

基于SOI的二維光子晶體平板波導(dǎo)的研究

解靈運(yùn)  

【摘要】：光子晶體是一種介電常數(shù)成周期分布的介質(zhì)材料,周期為光波長量級。在光子晶體材料中存在著特殊的頻帶,在這些頻帶中光波被禁止傳播。如果在光子晶體中引入缺陷,則在禁帶中會存在缺陷態(tài),使得與該缺陷態(tài)相對應(yīng)的波長的光子在其中可以存在和傳播,利用這種特性可以設(shè)計出微米-毫米量級尺寸的光波導(dǎo)器件,具有很多傳統(tǒng)波導(dǎo)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 本論文從光子帶隙理論和制作工藝兩個方面對基于SOI、帶隙中心位于1550nm的光子晶體帶隙材料及光子晶體波導(dǎo)器件進(jìn)行了深入的研究。 理論上采用平面波展開法(PWE)和基于完美匹配層(PML)邊界條件的時域有限差分法(FDTD)相結(jié)合的技術(shù),對二維光子晶體平板波導(dǎo)的帶隙結(jié)構(gòu)及光波傳輸進(jìn)行了仿真,設(shè)計了多種適合于0.18 m標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的光子晶體波導(dǎo)器件,包括直線形波導(dǎo)、60°彎折波導(dǎo)、90°彎折波導(dǎo)、T形波導(dǎo)、Y形波導(dǎo)、光子諧振腔、Mach-Zehnder形波導(dǎo)等數(shù)種光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。并對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,得到較好的傳輸結(jié)果。此外還將快速傅立葉變換法和Pade近似法相結(jié)合給出了諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q的計算方法,通過品質(zhì)因數(shù)研究了波長上下復(fù)用器件的設(shè)計。 在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上,對工藝制作進(jìn)行了深入的摸索。通過深紫外(DUV)曝光法和電子束(EB)曝光法分別對SOI進(jìn)行曝光處理,并通過化學(xué)輔助離子束刻蝕(CAIBE)技術(shù)和電感耦合等離子體刻蝕(ICP)技術(shù)刻蝕了硅和SOI晶片,得到二維光子晶體平板波導(dǎo)樣品。對該工藝過程各步驟進(jìn)行了詳細(xì)的研究,探詢適合光子晶體波導(dǎo)的制作條件。利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡觀察樣品,對樣品的細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的分析,給出了樣品的三維圖片。初步搭建測試系統(tǒng)進(jìn)行測試研究,并腐蝕制作了耦合信號光使用的光纖透鏡。 本論文對基于SOI的二維光子晶體平板波導(dǎo)在理論和工藝兩方面做了開創(chuàng)性的探索研究,為后續(xù)光子晶體集成系統(tǒng)的研究打下良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TN204
【目錄】：

第1章 引 言10-20

1.1 光子晶體簡介10-17

1.1.1 什么是光子晶體10-11

1.1.2 光子晶體的主要特征11-14

1.1.3 光子晶體的應(yīng)用14-16

1.1.4 二維光子晶體平板波導(dǎo)16-17

1.2 光子晶體的發(fā)展現(xiàn)狀17-18

1.3 課題目的和意義18

1.4 論文各部分主要內(nèi)容18-20

第2章 理論研究方法20-39

2.1 平面波展開法20-26

2.1.1 光子晶體基本方程20-22

2.1.2 平面波展開22-23

2.1.3 介電常數(shù)展開23-26

2.1.4 小結(jié)26

2.2 時域有限差分法FDTD26-34

2.2.1 FDTD法的特點(diǎn)27

2.2.1 Yee氏網(wǎng)格27-28

2.2.2 FDTD算法28-31

2.2.3 FDTD法的穩(wěn)定性31-32

2.2.4 吸收邊界條件32-34

2.3 計算Q值的Pade近似法34-37

2.4 其它的光子晶體計算方法37-38

2.5 本章小結(jié)38-39

第3章 二維光子晶體平板波導(dǎo)的理論研究39-58

3.1 帶隙計算39-48

3.3 傳輸仿真48-49

3.3 Q值計算49-51

3.4 波導(dǎo)設(shè)計51-55

3.4 波導(dǎo)優(yōu)化55-57

3.5 本章小結(jié)57-58

第4章 二維光子晶體平板波導(dǎo)的制作58-74

4.1 工藝發(fā)展現(xiàn)狀58-61

4.2 工藝流程61-63

4.3 二維光子晶體平板波導(dǎo)的制作63-65

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察和分析65-71

4.5 測試系統(tǒng)和相關(guān)器材的制備71-73

4.6 本章小結(jié)73-74

第5章 結(jié)論74-75

參考文獻(xiàn)75-80

致謝、聲明80-81

本人簡歷、攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81

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【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：108634