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

《浙江大學(xué)》 2015年

硅基微環(huán)諧振器特性研究及其應(yīng)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(qiáng),帶寬大,損耗小等優(yōu)點(diǎn)的光互連技術(shù)得到巨大地發(fā)展。硅光子學(xué)因硅折射率較大且從近紅外到遠(yuǎn)紅外是透明的等特點(diǎn)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(xué)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(diǎn)。單個(gè)微環(huán)諧振器其頻譜響應(yīng)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(yīng)用中如濾波器往往希望實(shí)現(xiàn)平頂型的頻譜輸出,這可以通過級聯(lián)多個(gè)微環(huán)來實(shí)現(xiàn)。級聯(lián)微環(huán)的設(shè)計(jì)需要優(yōu)化相鄰兩個(gè)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(dāng)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(shí)可以實(shí)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)平頂型頻譜輸出。在目前的設(shè)計(jì)中,利用彎曲耦合器將光場從輸入/輸出波導(dǎo)中耦合到微環(huán)里,并可通過調(diào)整其耦合長度來實(shí)現(xiàn)對不同耦合功率的選擇。另外,這種結(jié)構(gòu)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(shí)際測試級聯(lián)兩個(gè),三個(gè)和五個(gè)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(yīng)用。其問題在于在制作過程中微環(huán)的寬度并不是嚴(yán)格地等于設(shè)計(jì)值,而會存在一定隨機(jī)波動。微環(huán)寬度的隨機(jī)波動會影響到微環(huán)中導(dǎo)模的有效折射率,進(jìn)而造成諧振峰的隨機(jī)漂移。在惡劣的情況下,中心波長隨機(jī)漂移會造成器件的失效。為此,我們提出了一種改進(jìn)的辦法,即利用寬波導(dǎo)制作微環(huán)諧振器。這是因?yàn)椴▽?dǎo)的寬度越寬,波導(dǎo)的有效折射率對波導(dǎo)寬度越不敏感。仿真結(jié)果顯示,當(dāng)波導(dǎo)的寬度由0.40μm增寬到1.50μm時(shí),(?)λ/(?)ω有1.07降到0.0263。另一方面,寬的微環(huán)波導(dǎo)不僅僅支持基模還支持高階模。相應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用這種結(jié)構(gòu)的微環(huán)陣列其諧振峰波長的隨機(jī)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(gè)問題,可以通過用具有負(fù)溫度系數(shù)的TiO2作為上包層來補(bǔ)償,減少外界溫度變化對硅基集成器件的影響。與常用作補(bǔ)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(shè)計(jì)制作了硅基微環(huán)諧振器,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示徽環(huán)諧振器的溫漂從約70p/℃降低至約30pm/℃。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN629.1
【目錄】：

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