發(fā)布時間：2016-11-18 14:18

  本文關鍵詞：硅基微環(huán)諧振器特性研究及其應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《浙江大學》 2015年

硅基微環(huán)諧振器特性研究及其應用

陳朋鑫  

【摘要】：隨著人們對信息處理速度,數(shù)據(jù)傳輸速率等的要求不斷提高,具有能耗小,抗干擾能力強,帶寬大,損耗小等優(yōu)點的光互連技術得到巨大地發(fā)展。硅光子學因硅折射率較大且從近紅外到遠紅外是透明的等特點已然成為主要的光集成平臺之一。更為重要的是其制作工藝與業(yè)已成熟的CMOS工藝相兼容使其制作成本比較低。在眾多硅基集成器件中,微環(huán)諧振器是常見的光學器件之一,這得益于微環(huán)諧振器的尺寸比較小,功能豐富可用于多種場合等優(yōu)點。單個微環(huán)諧振器其頻譜響應是典型的洛侖茲曲線,3dB帶寬比較窄,上升沿/下降沿不夠陡峭。在某些應用中如濾波器往往希望實現(xiàn)平頂型的頻譜輸出,這可以通過級聯(lián)多個微環(huán)來實現(xiàn)。級聯(lián)微環(huán)的設計需要優(yōu)化相鄰兩個微環(huán)間以及微環(huán)和輸入/輸出信道間的功率耦合系數(shù)。例如,五階的級聯(lián)微環(huán)諧振器當功率耦合系數(shù)κ2(κ為振幅耦合系數(shù))分別為0.45,0.09,0.05,0.05,0.09和0.45時可以實現(xiàn)較好的平頂型頻譜輸出。為了在微環(huán)和輸入/輸出信道間實現(xiàn)高效的功率耦合如0.45,其耦合區(qū)通常采用多模干涉器(MMI)或者比較長的定向耦合器,但這些耦合方法會減小自由頻譜范圍(FSR)并引入額外的損耗。為解決這個問題,我們提出一種基于彎曲耦合器的級聯(lián)微環(huán)諧振器來實現(xiàn)平頂型頻譜輸出。在目前的設計中,利用彎曲耦合器將光場從輸入/輸出波導中耦合到微環(huán)里,并可通過調整其耦合長度來實現(xiàn)對不同耦合功率的選擇。另外,這種結構理論上沒有額外的損耗且和通常的微環(huán)諧振器具有相同的腔長。實際測試級聯(lián)兩個,三個和五個微環(huán)的頻譜的3dB帶寬分別為2.0nm、2.6nm、2.38nm,帶外抑制比分別為25dB、30dB、36dB。微環(huán)諧振器在WDM系統(tǒng)中也得到了廣泛地應用。其問題在于在制作過程中微環(huán)的寬度并不是嚴格地等于設計值,而會存在一定隨機波動。微環(huán)寬度的隨機波動會影響到微環(huán)中導模的有效折射率,進而造成諧振峰的隨機漂移。在惡劣的情況下,中心波長隨機漂移會造成器件的失效。為此,我們提出了一種改進的辦法,即利用寬波導制作微環(huán)諧振器。這是因為波導的寬度越寬,波導的有效折射率對波導寬度越不敏感。仿真結果顯示,當波導的寬度由0.40μm增寬到1.50μm時,(?)λ/(?)ω有1.07降到0.0263。另一方面,寬的微環(huán)波導不僅僅支持基模還支持高階模。相應地,其頻譜輸出中會存在一些不希望出現(xiàn)的高階模式的諧振峰。通過選擇合適的結構參數(shù),彎曲耦合器何以有效地抑制高階模的激發(fā)。仿真和實驗結果表明采用這種結構的微環(huán)陣列其諧振峰波長的隨機漂移得到有效地減小。硅材料的溫度系數(shù)為正且比較大約為1.8×10-4/℃,這意味著硅基集成器件極易受外界溫度變化的影響。為解決這個問題,可以通過用具有負溫度系數(shù)的TiO2作為上包層來補償,減少外界溫度變化對硅基集成器件的影響。與常用作補償材料的聚合物相比,TiO2穩(wěn)定性更好。我們利用TiO2作為上包層設計制作了硅基微環(huán)諧振器,實驗結果顯示徽環(huán)諧振器的溫漂從約70p/℃降低至約30pm/℃。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN629.1
【目錄】：

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