硅基光波导器件端面耦合结构的研究

《硅基光波导器件端面耦合结构的研究》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、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文硅基光波导器件端面耦合结构的研究硕士研究生：付云飞指导教师：李庆波教授学科、专业：光学工程论文主审人：王政平教授哈尔滨工程大学2012年12月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文硅基光波导器件端面耦合结构的研究硕士研究生：付云飞指导教师：李庆波教授学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交期：2012年12月论文答辩期：2013年03月学位授予位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonSilic

2、onWaveguideBasedButtCouplingStructuresCandidate:FuYunfeiSupervisor:Prof.LiQingboAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:OpticalEngineeringDateofSubmission:Dec.2012DateofOralExamination:Mar.2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由

3、作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印

4、、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日硅基波导器件端面耦合结构的研究摘要在光通信、互连网和计算机等信息产业迅速发展的今天，数据传输与信息处理的速度已经逐渐向Tbit/s量级迈进，而传统的电互连技术已经难以满足高速通信及高性能微电子芯片进一步发展的需求。硅基光互连作为现在

5、最有前途的解决方案之一，已经逐渐的成为当前的一个研究热点。硅基光电子器件具有与标准CMOS工艺兼容、可与微电子集成电路集成、尺寸紧凑、功耗小、成本低和潜在高速等诸多优点。由于硅与SiO2或者空气具有非常大的折射率差，硅基的光波导具有很强的限制光场的能力，硅基的光波导可以制作成非常小的尺寸，通常其横截面尺寸小于1μm。这样的非常小尺寸的硅波导带来高器件集成度的同时，也带了一个严重的问题——硅波导与光纤的耦合损耗非常大。一般来说，单模光纤的芯径尺寸约为8~10μm，远远大于横截面尺寸通常小于1μm的SOI光波导，光从光纤进入这种小尺寸的波导通常会带来很大的损耗，为了实现光

6、纤与小尺寸波导的高效耦合，我们就需要制作模斑变换器来实现光从光纤到波导的模式转换。反向楔形模斑变换器是现在硅基光子学领域应用最多的模斑变换器之一，其具有很高的耦合效率、带宽非常大、易于做水平端面的封装、制作相对简单、偏振相关度低等优点。本论文深入研究了硅波导的数值模拟的理论方法、详细分析了硅波导的损耗的三种主要来源吸收、散射、泄漏。根据分析得出了波导侧壁的损耗是我们现在波导损耗的主要部分，并采用Payne-Lacey理论得到了，由于波导侧壁粗糙引起的散射损耗经验公式。介绍了三种测量波导损耗的方法：截断法、F-P腔光谱分析法、傅里叶频谱分析法。对于反向楔形模斑变换器的设

7、计，我们首先确定了反向楔形模斑变换器的整体结构和材料。然后利用软件模拟分析并优化了反向楔形模斑变换器的结构。通过模拟给出了楔形波导的尖端宽度和模式转换损耗之间的关系，不管对于TE模还是TM模，楔形尖端的宽度越小，模式转换损耗越小。对于TE模，当尖端宽度小于120nm时就可以获得较低的模式转换损耗（小于0.5dB），而对于TM模来说当尖端宽度为60nm时，模式转换损耗依然高达0.8dB，TM对楔形尖端的要求更高。楔形波导的长度大于300μm时，模式转换损耗可以忽略不计。摸索了电子束曝光剂量、掩膜厚度选择、ICP(InductiveCoupledPlas