基于波導光柵的硅基集成光器件研究.pdf

1、布拉格光柵是一個非常重要的光學器件，它在光纖通信中取得的成功有目共睹。隨著硅基光子學這十幾年來的迅猛發(fā)展，布拉格光柵又被賦予了新的使命。以絕緣襯底上的硅材料(Silicon-on-insulator,SOI)為平臺制作光柵器件，工藝可與CMOS工藝相兼容，可大規(guī)模生產(chǎn)，極大地降低成本。由于SOI材料具有高折射率差的特點，所以硅波導光柵器件具有更加緊湊的結(jié)構(gòu)，同時它與光纖光柵相比也具有了許多不同的特征。這些年來，眾多學者對布拉格硅波導光柵

2、的基本特性進行了廣泛而深入的研究，已經(jīng)成功將其運用于集成光路的有源和無源器件，如半導體激光器、波導輸入輸出耦合器、濾波器、分束器、偏振分離器、光上下路濾波器和傳感等。布拉格硅波導光柵已經(jīng)成為硅基光子器件不可或缺的一部分。但是，由于集成光學中應用需求的多樣性，因而，對硅基布拉格光柵的研究仍是一項極富挑戰(zhàn)性的課題。
　　本論文的研究目的是設計并制作新型結(jié)構(gòu)的布拉格硅波導光柵和基于光柵輔助耦合型結(jié)構(gòu)的光子集成器件。本文的主要創(chuàng)新和工作在

3、于:
　　1.針對窄帶寬濾波器在光通信中的重要作用，本論文在實驗室原有工作的基礎上，對外脊調(diào)制的脊波導光柵開展了進一步研究，實驗測得的均勻外脊波導光柵的帶寬為2.9nm，取樣外脊波導光柵的帶寬為0.4nm。
　　2.針對諧振波長可調(diào)的布拉格光柵的應用需要，本論文提出了一種外脊調(diào)制的狹縫波導光柵，該結(jié)構(gòu)具有耦合系數(shù)、帶寬可調(diào)和工藝容差大的特點。本論文利用聚合物的強電光效應，在狹縫波導光柵中填充聚合物，結(jié)合了聚合物和狹縫波導光柵

4、的優(yōu)點，它能實現(xiàn)電光調(diào)制，計算結(jié)果得到該結(jié)構(gòu)光柵的調(diào)節(jié)靈敏度可達到332nm/RIU。
　　3.針對條波導光柵的光柵齒幅度很小，制作切趾光柵難度大的特點，本論文提出了一種新型的切趾光柵結(jié)構(gòu)，通過調(diào)制光柵齒與波導間距，很好的抑制了光柵旁瓣，計算結(jié)果得到光柵的旁瓣低于-30dB。此外，該結(jié)構(gòu)切趾光柵還具耦合系數(shù)可調(diào)與工藝容差大的優(yōu)點。
　　4.針對提高單路光鏈路的通信容量的需求，本論文研究分析了光柵輔助型耦合器。光柵輔助型耦合器

5、可作為光上下路濾波器，是波分復用系統(tǒng)的一個重要器件。實驗測量得到的光上下路波長為1538nm，3dB帶寬為7nm，消光比達到了22dB。由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光柵輔助型耦合器，直通波導存在著自身很強的布拉格反射峰，限制了該波段在通信中的使用。本論文設計了一種FSR-free的光柵輔助型耦合的光上下路濾波器，理論上可以將直通波導的自身布拉格反射抑制在低于0.1dB。實驗設計測得其反射峰低于1.8dB。
　　5.本論文還提出了一種結(jié)構(gòu)簡單和低