光纖光柵解調(diào)光子集成片上鍵合和單片集成硅基鍺光源關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，光纖光柵傳感技術(shù)在傳感領(lǐng)域發(fā)展十分迅速，并在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得了非常成功的應(yīng)用。但在目前的工程應(yīng)用中，光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)普遍存在著體積較大、成本較高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了其推廣應(yīng)用。隨著硅基光子集成技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)關(guān)鍵的硅基光子器件都達(dá)到甚至超過了目前的商用器件。硅基光子學(xué)的發(fā)展為光學(xué)系統(tǒng)的小型化提供了一種可行的技術(shù)，采用成熟的半導(dǎo)體工藝進(jìn)行制備可以實(shí)現(xiàn)光子集成芯片的低成本和規(guī)?；a(chǎn)。
　　本文對光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的異

2、構(gòu)集成和片上光源進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了一種基于絕緣體上硅的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)由光源、陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)光路、光電探測器等組成。陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)光路包括1×4均勻輸入光柵耦合器、2×1多模干涉耦合器、彎曲波導(dǎo)、2×2多模干涉耦合器、1×8陣列波導(dǎo)光柵及1×8輸出光柵耦合器等部分。陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)微系統(tǒng)芯片尺寸為5mm×3mm，采用項(xiàng)層硅厚度為220nm、掩埋層SiO2厚度為2μm的絕緣體上硅材料制作。使用苯并環(huán)丁烯將制備的光纖光柵解調(diào)光子集

3、成芯片與光源和光電探測器陣列進(jìn)行異構(gòu)集成。通過光波導(dǎo)對準(zhǔn)系統(tǒng)，將光纖光柵解調(diào)光子集成芯片與FBG傳感器、外設(shè)電路等組成光纖光柵溫度解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明光纖光柵解調(diào)集成微系統(tǒng)波長尋址范圍為1547.5-1552.3nm，波長精度為±10pm。解調(diào)系統(tǒng)的波長分辨率為1pm，也即溫度解調(diào)精度為0.1℃。
　　光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是片上光源技術(shù)?；赑ICS3D設(shè)計(jì)和優(yōu)化硅基鍺垂直腔面發(fā)射激光器作為新型片上光源，所設(shè)計(jì)垂直腔面

4、發(fā)射激光器由Si/SiO2布拉格反射鏡組成的諧振腔和Si/Si0.1Ge0.9量子阱構(gòu)成。由于采用折射率差較大的Si與SiO2材料，所設(shè)計(jì)垂直腔面發(fā)射激光器擁有較少的層數(shù)。結(jié)果表明垂直腔面發(fā)射激光器在1548nm有-9dBm的光功率輸出，相比傳統(tǒng)Ⅲ-Ⅴ族垂直腔面發(fā)射激光器具有兼容傳統(tǒng)CMOS工藝等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文的研究將對光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的微型化研究起到推動(dòng)作用，對與CMOS工藝兼容的硅基鍺光源研究具有一定指導(dǎo)意義，也將為硅基光子