高精度SOI基光子晶體功能器件制備與特性研究.pdf

1、由于引入優(yōu)化算法進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，光子晶體功能器件的設(shè)計(jì)性能已逐漸接近理論極限，那么怎樣將設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)完美的制備出來，是現(xiàn)階段光子晶體功能器件研究亟需解決的重要問題。本論文主要研究光子晶體功能器件在SOI材料上的高精度制備技術(shù)，解決了制備過程誤差難以控制的問題，制備了高精度的濾波器、能量耦合器和分束器。
　　 針對光子晶體功能器件制備過程中器件制備精度難以精確控制、器件表面與側(cè)壁粗糙度較大等問題，通過系統(tǒng)性分析和優(yōu)化光刻曝光技術(shù)（光刻

2、膠厚度、曝光時(shí)間、顯影時(shí)間、后烘溫度與時(shí)間）、電子束曝光技術(shù)（曝光膠厚度、加速電壓、光闌孔徑、曝光劑量）與ICP刻蝕技術(shù)（物理轟擊功率、線圈功率、腔內(nèi)壓強(qiáng)、氣體流量），獲得了能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)6nm電子束曝光分辨率的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)以及高精度的刻蝕技術(shù)參數(shù)，從而將器件的制備誤差控制在±10nm以內(nèi)。
　　 針對一維光子晶體濾波器存在的帶寬亟需拓展與超窄濾波需求等問題，利用遺傳算法與傳輸矩陣法對不同厚度光子晶體結(jié)構(gòu)疊加構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)濾波器進(jìn)

3、行了優(yōu)化分析，得到一種反射濾波帶寬為0.531～2.5ω0的設(shè)計(jì)方案，中心頻率ω0的透射窗口的半高寬達(dá)到了10-9ω0，然后依據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果采用優(yōu)化后的制備技術(shù)制備了該濾波器結(jié)構(gòu)，測試結(jié)果表明在1150～1650nm波長范圍內(nèi)僅在1550nm附近存在透射峰，信噪比達(dá)到了17dB以上，透射峰的半高寬為0.5nm。
　　 基于修正后的表面波干涉理論，利用遺傳算法與時(shí)域有限差分法結(jié)合對波導(dǎo)修飾面的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了高效率能量耦合器（耦合

4、效率均在93％以上）和角度可控的能量分束器（各個(gè)分束角度分別為8.5°、17°、27°）的設(shè)計(jì)方案，接著依據(jù)優(yōu)化后的制備技術(shù)對光子晶體能量耦合器與能量分束器進(jìn)行制備，測試結(jié)果表明能量耦合器在入射波長為1550nm的損耗僅為1dB，在1542nm～1564nm波長范圍內(nèi)能量損耗小于4dB;能量分束器分束角度分別為10.02°、18.54°、27.40°，驗(yàn)證了光子晶體角度可控分束器的可行性。
　　 本文通過對實(shí)驗(yàn)制備技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)