硅纳米线集成光波导耦合器的设计

《硅纳米线集成光波导耦合器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：蓬迫叶签字日期：zol牛年删日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞注王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向

2、国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：董复口十签字日期：沁f5f年3再万日导师签名：寺坳白签字日期：冽￡}年≥月≯日学位论文的捌肭恻嬲l一、提出了一种用于阵列波导光栅解调集成微系统的硅纳米线X型和CGC耦合器优化设计方法。基于光束传播法优化设计出了尺寸为10gm×300岬的X型和CGC耦合器，流片后CGC耦合器的附加损耗仅为0．6737dB，不均匀性仅为O．1355dB，相比于同等微米级的耦合器，CGC耦合器损耗降低了0．21dB。二、提出了一种用于阵列波导光栅解调集成微系统的硅纳米线2×2多模干涉耦合器优化设计方法。

3、基于光束传播法优化设计出了尺寸为6}tm×100岬的硅纳米线2x2多模干涉耦合器，流片后其附加损耗仅为O．5423dB、不均匀性仅为O．0053dB、波长响应为100nrn，相比于同等微米级的耦合器，多模干涉耦合器损耗降低了0．262dB。摘要作为一种新型的光纤光栅解调方法，阵列波导光栅解调方法具有解调精度高、速度快等优点。在阵列波导光栅解调系统中，光耦合器能使传输中的光信号在特殊结构内发生耦合并且进行能量再分配。正是由于光耦合器的这种特性，在阵列波导光栅解调系统中，光耦合器具有不可替代的重要地位。本文对硅纳米线集成光波导耦合器的设计和制备进行了研究，基于光束传播法优化设计出了三

4、种工作在中心波长为1550am的2×2硅纳米线集成光波导耦合器，分别为：X型耦合器、CGC耦合器、2×2多模干涉耦合器。优化设计后的x型耦合器尺寸为lOgm×300um，仿真结果表明其附加损耗仅为O．73dB，不均匀性仅为0．2050dB；CGC耦合器尺寸为10I．tm×300岬，仿真结果表明其附加损耗仅为0．6dB，不均匀性仅为0．0363dB；2×2多模干涉耦合器尺寸仅为6gm×100gm，仿真结果表明其附加损耗仅为0．46dB，在TE偏振态下不均匀性仅为0．06dB，在1．49．1．59um波长范围内耦合器的附加损耗不大于1．55dB。相比于同等微米级的耦合器，本文所设计的

5、耦合器附加损耗和不均匀性有所减小。采用SOITECH公司项层Si厚度为220nn'l、掩埋层Si02厚度为2pan的S01材料，通过新加坡微电子所代工，利用电子束曝光和反应耦合等离子工艺，完成了硅纳米线集成光波导耦合器的制备。对制备完成的硅纳米线集成光波导耦合器进行了光学测试，采用光波导对准平台，使用锥形光纤将光源引入光波导，观察光经过耦合器传输后的光功率及输出频谱的变化。测试结果表明，X型耦合器附加损耗为1．0817dB，不均匀性为3．0850dB：CGC耦合器附加损耗仅为0．6737dB，不均匀性仅为0．1355dB；2×2多模干涉耦合器附加损耗仅为0．5423dB，不均匀性

6、仅为0．0053dB，多模干涉耦合器在1500．1600nm范围内波长响应良好。本文所设计的2×2多模干涉耦合器具有尺寸小、附加损耗低、不均匀性低、波长响应范围较宽、偏振特性良好的优点，适用于阵列波导光栅解调集成微系统。本文的研究成果有利于光纤光栅解调系统的微型化、集成化，将对光纤光栅传感解调的发展起到重要推动作用，对于未来光纤光栅解调系统的全硅光电集成芯片研究具有重要意义，同时也为拓展光纤光栅传感技术在面向健康、生命科学和航空航天的应用奠定基础。关键词：耦合器：阵列波导光栅解调集成微系统；绝缘体上硅；波导；损耗ABSTRACTAsanewtypeofFiberBraggGrat

7、ingdemodulationmethod，arrayedwaveguidegratingdemodulationmethodhastheadvantagesofhighprecisionandfastdemodulation．Inarrayedwaveguidegatingdemodulationsystem，opticalcouplerisakindofdevicethatCanmakeopticalsignalscoupleandredistributeinthespeci