SOI光波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)與傳輸特性分析.pdf

1、當(dāng)前電互連已經(jīng)不能滿足集成電路向小尺寸方向發(fā)展過程中的各項(xiàng)需求，成為限制集成電路工業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。光互連具備高速、低功耗、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，用它來(lái)替代電互連已經(jīng)成為一種現(xiàn)實(shí)可行的方案。本文主要對(duì)光互連中SOI光波導(dǎo)器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，主要研究?jī)?nèi)容包括如下幾個(gè)方面：
　　第一，以有效折射率法為基礎(chǔ)，對(duì)脊形結(jié)構(gòu)SOI光波導(dǎo)的模式特性進(jìn)行了研究。為確定其單模工作條件，分別利用幾何光學(xué)理論和二維BPM法對(duì)不同厚度平板波導(dǎo)的有效折射率進(jìn)行

2、了計(jì)算，結(jié)果表明由兩種方法所得的計(jì)算結(jié)果只有微小的差別，約為10-6量級(jí)。在此基礎(chǔ)上，確定了脊形波導(dǎo)的各結(jié)構(gòu)參數(shù)，當(dāng)長(zhǎng)度為10000μm時(shí)，其附加損耗僅為0.02dB。
　　第二，利用三維BPM法，對(duì)基于SOI的各種類型Y分支波導(dǎo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，仿真結(jié)果表明直臂型Y分支波導(dǎo)僅適用于小角度情況，其附加損耗隨著分支角的增大而迅速增大；而對(duì)于S型Y分支波導(dǎo)，可以通過在波導(dǎo)連接處引入偏差、增大波導(dǎo)彎曲半徑來(lái)減小附加損耗，并得出在縱向傳輸

3、距離和分支間距均相同時(shí)，三種S型Y分支波導(dǎo)的附加損耗Cos-S　　第三，對(duì)基于SOI的MMI型光耦合器進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，首先利用三維BPM法對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)模傳輸法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了修正；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三種類型的MMI光耦合器，其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)并優(yōu)化了集成度較高的對(duì)稱型MMI光耦合器，通過修正輸出波導(dǎo)位置并加入錐形波導(dǎo)優(yōu)化，器件的附加損耗和

4、不均衡度大幅度下降，分別達(dá)到0.33dB和0.00209dB，為優(yōu)化前的28％和5%，且其性能在C波段和L波段均大幅改善；此外，在相同性能標(biāo)準(zhǔn)下，多模波導(dǎo)寬度的容差度也提高至39.6μm-41.0μm。
　　文章最后對(duì)SOI光開關(guān)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究：基于SOI光開關(guān)的電光調(diào)制機(jī)理，利用器件仿真軟件ISE-TCAD對(duì)其電學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示可以通過增大摻雜濃度和摻雜深度，減小摻雜區(qū)到波導(dǎo)內(nèi)脊區(qū)的距離來(lái)提高光開關(guān)的調(diào)制效率；在此基礎(chǔ)