soi多模干涉型马赫-曾德光开关机理的研究论文

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1、攘簧摘要光电子器件的发展与应用推动着光通信系统的进步，SOl(SiliconOninsulator)光波导技术具有优异的电学和光学性能，并鼠与成熟的硅基CMOS：E艺完全兼容，是发展低成本光子集成回路的重要趋势之～。光耦合器和光开关都是密集波分复用(DWOM)光通信系统中必不可少的关键器件。基予鸯镜像效应(sl黔的多模干涉(MMI)波导型光藕合器具有结构紧凑、撬入损耗低、频带宽、刽作工艺简单等优点，日益得到重视。本文围绕基于SOl单模脊形光波导结构的MMI耦合器、光微环谐振器秘马赫．曾德光开关震开研究工作。本文首先对光耦合器、微环谐振结构和SOl技术的基本概念、圉外国内外的研究现状、发展趋势

2、和应用前景做了简单的介绍。分析比较了凡种主要数值计算方法：光束传播法(BeamPropagationMethod，BPM)、时域有限差分法(FiniteDifferenceTimeDomain,FDTD)、有效折射率法(EffectiveRefractiveIndexMethod，ElM)等。，然瑟余绍了单模S01脊形光波导结构的攘关理论，网对结合有效折射率方法设计出满足单模传输的SOl光波导结构参数，并利用BPM对设计的波导进行理论验证，其结果表明所设计的波导结构合理可行。接下来概述了多模予涉自镜像效应酶原理和研究方法，分别分橱了普逶多模干涉自镜像效应和重叠多模干涉自镜像效应，设计并优化了

3、两种2×2多模干涉耦含器：1)多模区长、宽分别为41．8Iam、6

4、lm，插入损耗O．1lOdB，分光眈为0．49：0。49的3嘏型藕合器；2)多模区长、宽分黪j为88。51am、4“m，插入损耗0。058dB，分光比为O．83：O．12的85：15型耦合器。在上述分析设计的基础上开展了基于MMI耦合器的光微环谐振腔的研究，并对波导谐振环模型多个参数进行了仿真模拟，得出了一系列输如端口光功率的变化觏律。同时，应髑FDTD算法模拟了SOI材料的折射率细微变化所引起的谐振波长偏移性能，以及谐振波长偏移鬃随折射率变化量的曲线关系，总结出了镦环各参数对微环谐搬性能以及一些参数的影响《热FSR、FWH

5、M等)。最后，提出了带微环谐振结构的马赫．曾德光开关，采用FDTD模拟分析了微环调制区引入折射率变化所引起的光开关输密端目光功率的改变：未加调制对输磁端蜀光功率分剐为0．21和0．33，舞关工作在交叉态；当微环调制区引入0．001折射率变化后，输出端口光功率分别为O．50和O．21，开关工作在直通态。关键词：耦合器；马赫．曾德光开关；多模千涉；微环谐振腔；柬传播法；有效折射率法；时域有限差分法；SOl表鬻大学醺圭掌缎论文AbstractThedevelopmentandapplicationofoptoelectronicdeviceskeepsondrivingtheprogressofh

6、ighspeedandlargecapacityopticalcommunicationsystem，Silicon-on-insulator(soowaveguideisahilghlypromisingstructureforfuturelow-costphotonicintegratedcircuitsduetoexcellentopticalandelectronicprope燃esandtheimplantationofCMOScompatibility，Opticalcouplersandopticalswitchesarethebasiccomponentsforphotoni

7、csystems．Multimodeinterferencecouplers(MMI)basedonselfimagingeffect(SIE)attractconsiderableattentionfortheirexcellentadvantagesincludingcompactsize,lowloss,andeasyfabrication．Inthisthesis，MMIcoupler,opticalmicroringresonator,andMaeh—zehnderswitchbasedOnSOlwaveguidestructuresaleanalyziedanddesignedi

8、ndetail。Thebasicconceptsofconventionalopticalcouplers,microringresonatorandSOItechnology,arereviewed．Thedevelopmenttrendandapplicationprospectarealsointroduced．Andthen,thepronciplesofthebeampropagationmetho