光学微环谐振腔的研究与应用张浩sy

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1、光学微环谐振腔的研究与应用摘要：随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-InsulatorSOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且

2、其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementarymetal–oxide–semiconductorCOMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构，这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。关键词:微谐振腔,光波导，SOI，陀螺RESEARCH&APPLICATIONSOFOPTICALMICRORINGRESONATORSAbstractWiththedevelopmentoffiber-opticcommunicationtechnologies,hig

3、h-performanceandlow-costarebothdesirableforopticalcommunicationnetworks.Thecoretechnologyincludessmall-sizeopticalwaveguidedeviceswiththepotentialsforintegrations.Inaddition,opticalwaveguidedeviceswithvariousfunctionsforallopticalsignalprocessingarebecomingmoreimporta

4、ntfortherealizationoffutureall-opticalnetworks.Themicroringresonatorisasuitablecandidatetomeetthesetworequirements.Moreover,itssmallsizeisverysuitableforintegrationwithlargedimension.Inthisthesis,wefirstintroducethelightoftotalinternalreflection(TIR)theoryandthebasics

5、tructureofwaveguide.Thenweintroducetheprincipleofmcroringresonator,analysistheirtransmissionproperty.Micro-ringresonatorsbasedonsilicon-on-insulator(SOI)structurearepromisingbuilding-blocksforultra-compactandhighlyintegratedphotoniccircuits.Thefabricationtechnologyism

6、ostlyCMOS-compatible.Weproposeaconfigurationofintegratedwaveguidestructureconsistingofresonatorscoupledtoanarc-shapewaveguide.Suchproposedconfigurationcanbeusedtorealizehighlycompactopticalgyroscopeforrotationsensing.Keywords:microresonators,waveguide,SOI,Gyroscope1.引

7、言光通信，顾名思义，即用光作为信息的载体来传递信号，在通信不发达的古代，人们就已经懂得利用光来传递信息。早在公元前11世纪，人们就通过在烽火台上点燃烟火来传递信号，以满足国家在政治和军事方面对通信的需要。不过这种简单的通信方式的应用范围还是非常局限的。自从1960年美国科学家梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，2009年的诺贝尔物理学获得者高琨(CharlesK.Kao)和他的同事霍克曼(G.A.Hckman)于1966年提出玻璃纤维可传输光信号，并指出通信光纤的要求是每公里衰减小于20分贝(dB)之后[2]，通信

8、领域进入了一个崭新的时代——光纤通信技术时代。随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件，例如能同时实现光学