集成光波导微环谐振腔的电光调制特性研究
光子集成中的MMI型环形波导谐振腔的特性分析及结构研究
基于环形谐振腔的选频特性,环形波导谐振腔有很多应用,它可以用于实现滤波,稳频,波长可调的激光器,波分复用等功能,同时环的存在,也可以用于光时延,光存储,色散补偿,光开关,调制器以及生物传感等领域。
因而对于它的分析很有必要,它的研究将带来很大的应用前景,同时它的结构简单,利于集成,是用于大规模集成光路的很有潜力的候选者。
1.2.2环形波导谐振腔在光子集成中的应用1.激光器InP基的无源耦合环形波导腔的激光器(36】,可以得到低于60/cm的门限增益,同时线宽3-500kHz。
激光腔由有源波导、无源波导、反射端面及微型环组成,如图1.2所示,微型环用作模式选择滤波和外腔。
图1.2无源RCL结构图2光开关全光开光是由GaAs.AIGaAs材料制成,由侧向耦合型的微环谐振腔组成通过载流子注入微环谐振腔实现开关功能f371。
图3是其电子显微镜扫描图。
图1-3微环谐振腔电子扫描图此器件实现了20ps的开关窗13,这个时间受载流子复合时间的限制,用每个脉冲几十兆焦耳的开关能量,实现了在微环谐振腔上1.2nm的波长漂移。
3.波分复用8通道的上下路滤波器,由呈交叉网格的垂直耦合的几个环形谐振腔组成[38]。
其单个环与bus臂之间的位置关系如图1—4所示,两个bus臂交叉掩埋分布于衬底,微环谐振腔,放在两个bus臂上,实现垂直耦合结构。
北京邮电^掌《±掌位谴?支图I.7圆盘谐振腔的透射率在有无生物微粒下的对照图6.光存储与光时延——光时延线环型谐振腔可以将光限制在环中往复传播,因而可以实现光存储,光通过环形一周将产生一定的时间差,可以构成光时延线,这样不增加器件的物理长度就能产生足够的延迟,要产生不同的时延量可以级联不同数量的环【4”。
7.色散补偿MadesenCK等【421利用级联环形谐振腔设计出色散补偿滤波器,色散的正负可以通过调谐环的相对相位来获得,其结构如图1.8所示。
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光学微环谐振腔的研究与应用
光学微环谐振腔的研究与应用摘要:随着光纤通信技术的发展,光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本,其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化,与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求,其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。
然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。
基于绝缘体上硅波导(Silicon-On-Insulator SOI)的微纳米环形谐振腔,由于其尺度为微纳米范围,具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容,使其正在成为光器件加工的诱人方案。
我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构,这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。
关键词: 微谐振腔, 光波导,SOI,陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of future all-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total internal reflection (TIR) theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroringresonator, analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信,顾名思义,即用光作为信息的载体来传递信号,在通信不发达的古代,人们就已经懂得利用光来传递信息。
最新光学微环谐振腔的研究与应用张浩SY1119222
光学微环谐振腔的研究与应用张浩S Y1119222光学微环谐振腔的研究与应用摘要:随着光纤通信技术的发展,光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本,其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化,与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求,其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。
然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。
基于绝缘体上硅波导(Silicon-On-Insulator SOI)的微纳米环形谐振腔,由于其尺度为微纳米范围,具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容,使其正在成为光器件加工的诱人方案。
我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构,这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。
关键词: 微谐振腔, 光波导,SOI,陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of futureall-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total internal reflection (TIR) theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroring resonator, analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信,顾名思义,即用光作为信息的载体来传递信号,在通信不发达的古代,人们就已经懂得利用光来传递信息。
微环谐振器慢光特性与电光开关的研究
微环谐振器慢光特性与电光开关的研究微环谐振器慢光特性与电光开关的研究引言:微环谐振器是一种基于光学微纳米结构的光学器件,广泛应用于光子集成电路和光学通信系统中。
它具有很多优点,比如体积小、易于集成、低功耗、高灵敏度和快速响应等。
其中,微环谐振器的慢光特性与电光开关是研究的热点之一。
本文将对微环谐振器的慢光特性与电光开关进行探讨与研究。
一、微环谐振器的慢光特性慢光是指光在介质中传播速度较慢的现象。
微环谐振器作为一种光学微纳米结构,可以实现慢光的传输和控制。
其原理是通过调节微环的尺寸和材料的折射率,使光在环内获得相干叠加的条件,形成谐振。
具体来说,当入射光波长等于微环的谐振波长时,光会在环内来回传播,并在环的出口重新耦合到波导中,形成一个共振峰。
在共振峰附近,光在微环中的传输速度变慢,形成慢光现象。
慢光特性的研究对于光子集成电路和光学通信系统的发展具有重要意义。
一方面,慢光可以用于实现光学延时线、光学存储器和光学器件的缓冲器等;另一方面,慢光还可以用于提高微环谐振器的灵敏度和响应速度。
二、电光开关的原理电光开关是通过电场的作用,调节光在器件中的传输和耦合,从而实现光的开关和调制。
在微环谐振器中,电光效应可以通过改变微环材料的折射率或尺寸,从而改变微环的谐振波长和共振峰的位置。
通常,电光开关是基于Pockels效应或Kerr效应实现的。
其中,Pockels效应是指在外加电场的作用下,介质的折射率发生线性变化;Kerr效应是指在光强度发生变化时,介质的折射率也会相应变化。
电光开关的实现需要考虑器件的灵敏度、速度和功耗等因素。
一方面,微环谐振器的灵敏度与材料的电光系数、尺寸和谐振结构等有关;另一方面,电光开关的速度与材料的响应时间、电场的作用效果和器件的结构等相关。
三、微环谐振器慢光特性与电光开关的结合研究表明,微环谐振器的慢光特性与电光开关可以相互补充和结合,实现更多的功能和应用。
首先,微环谐振器的慢光特性可以增强电光开关的效果。
聚合物光波导研究讲解
分类号学号M201072843 学校代码10487 密级硕士学位论文新型聚合物光波导的研究独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□,在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日华中科技大学硕士学位论文摘要伴随着当今社会的进步和发展,通信必然会朝着超大容量、超长距离的方向发展。
传统的电互连存在着很多限制其发展的因素,而光互连与之相比,则有着损耗低、容量大、带宽高、无串扰、抗电磁干扰等优点,因此,电互连将会逐渐的被光互连所取代。
光波导是光互连中的重要器件,制作光波导的材料有铌酸锂晶体、半导体和聚合物等等,聚合物材料因其加工工艺简单,价格低廉,易集成,驱动电压小等特点,引起了广泛关注。
近年来,聚合物光波导的研究已成为学术界的一个热点。
本论文首先用几何光学方法和波动光学方法分析了光在平板波导中的传播特性,并介绍了分析矩形波导的马卡梯里方法。
然后利用OptiBPM软件对矩形波导、梯形波导、渐变型波导进行了仿真模拟,着重对渐变型波导进行仿真,验证了渐变型波导的传输损耗比阶跃型波导的传输损耗低很多,并分析了芯层与包层的折射率差、梯形波导的倾斜角、参数g对光在波导中传播特性的影响。
微型光学陀螺用光波导环形谐振腔的优化设计与制备
光 学 技 术 的 进 步 推 动 了 光 学 陀 螺 的 发 展 , 光 激 陀 螺 ( L 和 光 纤 陀 螺 ( O 的 出 现 极 大 地 满 足 R G) F G)
文 利 用 广 角 有 限 差 分 光 束 传 播 法 ( P 对 WA B M)
MO G用 掺 锗 的二 氧 化 硅 光 波 导 环 形 谐 振 腔 进 行 了
第3 1卷第 1 1期
2 0 10年 1 1月
兵
工
学
报
Vo . NO. 1 1 3l 1
ACTA ARM AM ENTARI I
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2 0 01
微 型光 学 陀螺 用光 波导 环 形谐振 腔 的优 化 设 计与制备
郭 丽 君 ,石 邦任 ,厉 宝增 ,赵 猛 ,陈晨
p ro tmie h e i n o i gr s nao o o e fGe 一 o e i c v g i e a rc td o iio e p i z st e d sg frn e o trc mp s d o O2d p d sl a wa e u d sf b i ae n sl n i c
O p i a e i n a d Fa r c to fW a e ui e t p tm lD sg n b i a i n o v g d -y e
Op i a ng Re o a o o i r tc lRi s n t r f r M c o Optc Gy o i r
光学微腔研究进展
光学微腔研究进展光学微腔研究进展前⾔基于回⾳壁模式(Whispering Gallery Mode,简称WGM[1])的光学微腔成为了近年来研究的热点。
⾸先它作为⼀种尺⼨可与光波长相⽐拟的光学谐振腔,使得凝聚态中的⼀些量⼦电动⼒学现象得以研究[2];其次作为⼀种低阈值激光微腔,在集成光学、信息光学等诸多应⽤领域有很好的应⽤前景。
⽬前光学介质微腔的形状也多种多样,主要有微球腔、微盘腔、微环腔、微芯环腔⼏种。
本⽂主要总结了近年来国内外光学微腔的⼀些研究现状及成果,并分析了未来的发展趋势。
⼀、光学微腔发展背景光通信,顾名思义,即⽤光作为信息的载体来传递信号。
⾃从1960年美国科学家梅曼(Maiman)发明了第⼀台红宝⽯激光器。
2009年的诺贝尔物理学获得者⾼琅(Charles K.Kao)和他的同事霍克曼(GA.Hckman)于1966年提出玻璃纤维可传输光信号,并指出通信光纤的要求是每公⾥衰减⼩于20分贝(dB)之后。
通信领域进⼊了⼀个崭新的时代--光纤通信技术时代。
在光纤通信层出不穷的新技术的推动下,整个通信技术得到了快速的发展。
⾃DWDM系统⾸次商⽤以来,光纤通信的发展速度⽇益加快。
⾸先其容量成倍增加。
短短⼏⼗年的时间,光纤通信技术得到了迅速的普及和发展,极⼤地促进了⼈类社会信息化建设的步伐。
但是随着光纤传输容⾼,器件尺⼨的不断下降,⼯业上已经很难按照摩尔定律的速度发展了。
传统电信号处理设备⾯临"电⼦瓶颈"的限制,这导致了全光⽹的产⽣和全光信号处理研究的热潮。
所谓全光通信⽹络是指信息从源节点到⽬的节点的传输与交换完全在光域进⾏,即全部采⽤光波技术完成信息的传输和交换的宽带⽹络,可以避免"电⼦瓶颈"是通信⽹向宽带、⼤容量发展的⾸选⽅案。
全光通信⽹络⼀问世即引起了⼈们极⼤的兴趣,很多国家都以关键技术、设备与部件以及材料的研制开发为突破⼝,通过现场实验来推动其实⽤化和商⽤化进程。
集成光波导微型脉冲电场传感技术的研究
集成光波导微型脉冲电场传感技术的研究集成光波导微型脉冲电场传感技术的研究引言:随着信息技术的发展,传感技术在各个领域得到了广泛应用,能够实时、精准地对环境参数进行监测和控制。
其中,脉冲电场传感技术是一种便捷、灵敏度高、响应速度快的方法。
然而,传统的脉冲电场传感技术存在着灵敏度低、体积大、复杂等问题,难以满足现代高度集成、迷你化的要求。
因此,集成光波导微型脉冲电场传感技术的研究成为当前的热点。
一、光波导微型脉冲电场传感技术原理光波导微型脉冲电场传感技术是将光波导技术与脉冲电场传感技术相结合,通过光波导芯片中的材料能隙等电场敏感特性来实现电场的感测。
具体来说,当电场作用于光波导芯片时,电场引起材料的折射率变化,造成经过光波导芯片的光的相位差和幅度变化。
通过测量这些变化,即可得到电场的强度信息。
二、集成光波导微型脉冲电场传感技术的优势相比传统的脉冲电场传感技术,集成光波导微型脉冲电场传感技术具有以下优势:1. 高度集成化:集成光波导微型脉冲电场传感技术将传统传感器中庞大的电路集成到微型芯片中,使体积大大减小,能够满足如今对于迷你化的要求。
2. 灵敏度高:光波导芯片中的材料具有高灵敏度的特性,能够对微弱的电场进行准确的测量和感测。
3. 响应速度快:由于光波导芯片中的光传输速度非常快,所以集成光波导微型脉冲电场传感技术具有较快的响应速度。
4. 安全可靠:光波导芯片中采用非接触式的传感方式,不会对被测电场产生干扰,同时也减少了因传感器工作时电场的存在而导致的意外事故的发生。
三、集成光波导微型脉冲电场传感技术的应用前景集成光波导微型脉冲电场传感技术在军事、通信、航天等领域具有广阔的应用前景。
以军事领域为例,现代军事装备对电场的感测要求越来越高,而传统的电场传感器无法满足高度集成和迷你化的要求,因此集成光波导微型脉冲电场传感技术的出现将极大地推动军事装备的现代化和智能化。
另外,该技术还可用于通信领域的光路监测、航天研究中的电场探测等。
集成光波导微环谐振腔的电光调制特性研究
TN252
密级
非密
UDC_________535________________
硕
士
学
位
论
文
集成光波导微环谐振腔的电光调制特性研究 臧俊斌
指导教师(姓名、职称) 申请学位级别 专业名称 论文提交日期 论文答辩日期 学位授予日期 论文评阅人 答辩委员会主席 2013 2013 年 年 年 4 5 月 月 月
签
名:
日期: 日期:
导师签名:
中北大学学位论文
集成光波导微环谐振腔的电光调制特性研究 摘 要
随着集成光学的快速发展,硅基片上 SOI 器件的现代 SoC(System on Chip)系统芯 片技术成为了未来光通信与光集成发展的主流方向。由于 SoC 片上系统器件在光处理、 光计算、光传输和光控制等各种光学物理特性上应用的独特优势,成为了国内外学术界 广泛研究的热点。而目前制约其发展的主要瓶颈问题就是集成性。而高品质的硅基 SOI( Silicon-on-insulator) 材料,由于其材料层间较高的折射率差、 通信波段的透明传输以 及制作工艺与 CMOS 工艺完全兼容等优点以至于可很大程度上降低芯片器件尺寸和提 高芯片的集成密度来实现芯片内的光电互联和光电集成, 从而成为目前 SoC 片上芯片集 成中分立部件制备的首选。SOI 硅基光波导谐振腔作为集成光学的主要部件,其主要可 用于滤波、光开关、调制器、探测器等,而随着半导体物理学、量子力学等对硅材料半 导体电光效应的进一步解释, 研究 SOI 波导谐振腔的电光调制器成为了追捧的热点和难 点问题。 利用硅电光效应制备的 SOI 微环谐振腔光调制器主要是通过硅材料光电效应产 生波导折射率的改变,从而实现光信号的调制或切换,其克服了热光效应型调制器受热 扩散和散热的限制,突破了与声光型器件相同特征的响应速度较慢等问题,具有超高速 调制的优势,成为制作高速光调制器和光开关的首选方案。所以,研究基于 SOI 波导谐 振腔的电光特性调制器件成为现代 SoC 芯片器件实现的基础。 本文主要立足于以 SOI 光波导微环谐振腔电光调制器为目标, 采用 FDTD 以及 Rsoft 对波导的单模性、高光局域性以及谐振特性进行了仿真分析,在此基础上设计、制备出 了条形和脊型纳米光波导谐振腔, 然后对制备的结构进行了优化后处理, 并对半径 15 μ m 的波导谐振腔进行了弯曲损耗测试,其优化后的损耗值为 0.0109 ± 0.0001dB / turn ,Q 值 仍可保持在在 104 以上,从而可满足研究调制特性与制备调制器件的谐振腔基本参数要 求。然后通过 Sentaurus、SRIM2008 对二极管特性以及离子注入形成 P-N 结的实现进行 了仿真、分析与计算,最终确定其详细的数据参数等。最后以分析的结果,如:ICP 刻蚀、电子束光刻、离子注入等工艺制备出基于 SOI 波导谐振腔 的电光调制器件芯片。 对自由波谱范围为 2.6nm 的微环谐振电光调制器件施加外部驱动 电压信号对其进行调制特性静态和瞬态特性测试,结果为:静态特性测试产生谐振频移 并随驱动电压信号增大而频移宽度变大, 驱动峰值电压达到一定数值后, P-N 结被击穿; 瞬态特性测试其调制深度为 0.899,消光比为 10.14dB,最大调制频率达 30MHz。
光学微腔特性研究及其应用ppt课件
光学微腔分类
➢依据工作介质不同 1.有源微腔:“有源”是指腔内的工作介质具有增益,这类微腔在外部光激
励或者电激励的时通过谐振腔的模式选择产生激光出射 2.无源微腔:“无源”指腔内工作介质无增益,这种微腔主要通过微腔的本征 光学模式选择对入射光进行调制,主要应用于信号处理中的滤波器、光开关、 或者传感器等。
普通谐振腔
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光学微腔
光学微腔的研究背景
集成光路包括光波的发射、传输、调制-解调、上载、下载、接收、存储、显 示等一系列的过程。近年来,随着微电子学的薄膜工艺提高,研究者们将微波理 论和激光技术相结合,采用微纳加工技术在各种均匀的光学材料中制备各种波长 尺度的结构来控制光信号的传播或产生新的物理效应,从而创造出新型光子学器 件。微腔型光电子器件正式基于此背景提出的。这类器件具有尺寸小、易于集成、 功耗低以及品质因子高等优点,在信号的发射、处理和传感等方面表现出很大的 前景,例如高性能光源,光存储器、光开关、密集波分复用系统(DWDM)的上下 载滤波器以及生化传感器等。除此之外,由于光学微腔可以在极小的空间内产生 巨大的光强,同时降低了腔内模式数目,影响腔内物质原子的自发福射特性,因 此在揭示物质世界本质的自然科学领域。
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回音壁式微腔制作流程图
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基片准备
第一步包括在基片表面不同成分或者厚度的功能膜层的生成,来得到所需要 的垂直方向结构。膜层的生成可根据选用材料的不同使用不同的膜层生成方式, 例如分子束外延(MBE),化学或物理气相沉积,以及膜层粘接等等。具体如何选 择生成方式与所要得到的微谐振腔结构、材料以及要求的制造精度密切相关。例 如,半导体材料通常要使用几步连续的生长来得到垂直结构,而高分子聚合物层 只需要简单地涂敷在基片上即满足要求。
一种片上调制的集成光学谐振腔[发明专利]
专利名称:一种片上调制的集成光学谐振腔
专利类型:发明专利
发明人:冯丽爽,王潇,刘丹妮,杨聚朋,焦洪臣,王琪伟申请号:CN201610906601.8
申请日:20161018
公开号:CN106501972A
公开日:
20170315
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供了一种片上调制的集成光学谐振腔,应用多层波导结构,实现集成光学谐振腔的有源无源器件的高度集成化设计。
本发明的集成光学谐振腔为集成的上下两层结构,在下层的波导基底上制备谐振腔和传输波导,铌酸锂波导调制器制作在谐振腔上层,铌酸锂波导调制器通过在铌酸锂波导两侧施加电场,改变波导的等效折射率,实现波导中光相位延迟量的调制。
铌酸锂波导与位于下层的谐振腔或传输波导之间制备有跨层耦合器。
本发明去除了外部调制器与谐振腔的光纤耦合结构,采用调制器与谐振腔的垂直直接耦合,可减小入腔光偏振消光比的衰减,以保持更高的入腔偏振消光比,简化了系统模型,提高了系统集成化程度,增强了系统可靠性。
申请人:北京航空航天大学
地址:100191 北京市海淀区学院路37号
国籍:CN
代理机构:北京永创新实专利事务所
代理人:祗志洁
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基于微环谐振腔结构的集成波导光延时线
基于微环谐振腔结构的集成波导光延时线下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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SOI高速微环谐振腔电光调制器件设计-Weebly
集成光学课程设计报告SOI高速微环谐振腔电光调制器件设计目录Chapter0 背景介绍 (2)Chapter1 入门:基本设计分析 (3)1.1 材料、结构的选择 (3)1.2 电学结构分析 (3)1.2.1 硅的等离子色散效应 (3)1.2.2 载流子的分布及运动 (4)1.2.3 PN二极管 (5)1.2.4 电学结构的静态特性 (5)Chapter2 进阶:模型建立和分析 (7)2.1微环谐振腔 (7)2.1.1 谐振腔频谱 (7)2.1.2 调制效率优化 (8)2.2 PN结载流子注入 (8)2.3 硅材料掺杂和载流子浓度分布 (9)2.3.1 硅材料的折射率的变化 (10)2.3.2 折射率调制效率优化 (12)2.3.3 硅PN结的时间常数 (13)2.4 PN结载流子注入的微环谐振腔 (14)2.4.1 环半径的选择 (14)2.4.2 调制频谱 (15)2.4.3 调制效率 (15)2.4.4 调制速率 (17)Chapter3 完善:模型仿真与优化 (18)3.1耦合系数设计 (18)3.2一些仿真的尝试——器件Rsoft仿真 (20)3.3仿真结果分析 (29)3.4结构优化方向 (29)Chapter 4 完成:制作工艺与流程 (30)4.1 工艺介绍 (30)4.2 版图设计及工艺流程 (30)Chapter 5设计总结 (32)参考文献 (33)附录:Matlab程序代码 (35)小组分工:武绎宸 3100104210:微环调制器的结构分析与设计,matlab仿真,文献搜集与整理,报告Chapter2的编写。
李文渊 3100104388周鑫3100102719:Rsoft仿真,结构参数优化设计,报告Chapter3的编写。
陈纾悦 3100102803:设计报告策划与整合,微环制作分析,调制器的制作工艺,报告Chapter0,Chapter1,Chapter4,Chapter5的编写。
微盘谐振腔及其光子器件的研究的开题报告
硅基微环/微盘谐振腔及其光子器件的研究的开题报告一、研究背景近年来,随着通信技术的发展和普及,高速、大容量、低功耗的光通信成为了人们关注的热点问题。
在光通信中,微环/微盘谐振腔是一种重要的器件结构,可以用于实现滤波、调制、调制解调等功能。
而硅基微环/微盘谐振腔由于具有尺寸小、制造工艺成熟、集成度高、性能稳定等优点,已经成为了目前研究的热点之一。
二、研究目的本文旨在通过对硅基微环/微盘谐振腔的研究和探究,了解其基本原理、设计方法和制备工艺,探究其在光通信领域中的应用,并且希望能够在制备技术、尺寸调控、品质因子等方面做出一些探索和改进,提高硅基微环/微盘谐振腔的性能。
三、研究内容1. 硅基微环/微盘谐振腔的基本原理和设计方法对硅基微环/微盘谐振腔的基本原理和设计方法进行研究,了解其工作原理、谐振条件、谐振频率等基本特性。
通过对硅基微环/微盘谐振腔的设计进行分析,探究其在光子器件中的应用。
2. 制备技术和性能调控研究硅基微环/微盘谐振腔的制备工艺,包括光刻、腐蚀、沉积等工艺流程,并且通过对工艺参数的调节和优化,提高硅基微环/微盘谐振腔的品质因子和性能。
3. 光学性质和应用研究对硅基微环/微盘谐振腔的光学性质进行研究,包括波导耦合、谐振峰宽、自由光谱范围等特性。
探究硅基微环/微盘谐振腔在光通信领域中的应用,包括滤波、调制、调制解调等方面的应用。
四、研究意义硅基微环/微盘谐振腔具有尺寸小、制造工艺成熟、集成度高、性能稳定等优点,在光通信中具有重要的应用价值。
本文研究的硅基微环/微盘谐振腔,将有助于完善其在光通信中的应用,为光通信技术的发展做出贡献。
同时,本文的研究内容还将对微纳光学器件的研究与制备提供一定的参考意义。
集成光波导谐振环的设计与研究的开题报告
集成光波导谐振环的设计与研究的开题报告一、研究背景和意义随着半导体和光子学技术的发展,光通信和光计算等领域发展迅速,其中光通信作为光子学的重要领域得到了广泛的关注。
而光通信又离不开高品质的光波导。
目前,集成光波导谐振环作为光通信中的一个关键器件,已被广泛应用于模式锁定、光频梳等领域。
集成光波导谐振环是一种利用光波导在环形结构中形成谐振现象的器件。
其优点是具有高品质因子,使得光从环中传输的衰减极小,同时还具有一定的可调节性。
因此,设计和研究集成光波导谐振环对于光通信和光计算等领域的发展具有重要意义。
二、研究内容和思路本研究将以silicon-on-insulator(SOI)平台为基础,设计和优化能够产生高品质因子谐振的环形结构。
研究思路如下:第一步,对SOI平台进行建模。
在建模过程中,需要考虑SOI平台的物理性质,如硅层和氧化层的厚度、折射率等参数,并采用FDTD或MODE的仿真软件进行模拟和分析。
第二步,设计环形光波导。
通过调节环形光波导的尺寸和形状等参数,使其能够满足谐振条件。
同时,也需要考虑光波导的消光比、泡利效应等性能。
第三步,优化谐振环的几何结构。
通过调节谐振环的尺寸和形状等参数,优化谐振环的品质因子和透射谱线形。
通过优化谐振环的几何结构,使得谐振环的品质因子大于1万并且透射谱线形对称,从而优化谐振环的性能。
第四步,分析谐振环的扩散损耗和耦合损耗等性能。
通过仿真分析谐振环的扩散损耗和耦合损耗等性能,考虑如何降低谐振环的损耗,从而提高其性能。
三、预期研究成果本研究预期得到以下研究成果:1.设计和优化能够产生高品质因子谐振的环形光波导结构。
2.对谐振环的几何结构进行优化,使其具有高品质因子和对称透射谱线形。
3.分析谐振环的扩散损耗和耦合损耗等性能,从而提高其性能。
4.为后续光通信和光计算等领域的研究提供基础性的理论和实验支持。
四、研究方法本研究主要采用理论模拟和实验验证相结合的方法。
首先使用FDTD 或MODE等软件,进行理论模拟,优化谐振环的几何结构,得到具有高品质因子和对称透射谱线形的谐振环结构。
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中北大学学位论文 nano-waveguide resonator is designed and fabricated, then this structure is optimized and the bending loss of resonator with the radius of 15 μ m is tested, the optimized loss value is 0.0109 ± 0.0001dB / turn , Q factor can still remain above 104. In this way, the demand of basic parameters of the research on resonant response and the fabrication of resonators can be achieved. Afterwards, the characteristics of diode and the realization of P-N junction by ion implantation is simulated, analyzed and calculated by Sentaurus and SRIM2008, and finally we defined the detailed data parameters. Finally we use standard MEMS process like ICP etching, electron-beam lithography and ion implantation to fabricate electro-optical modulator chip based on SOI micro-ring resonator. The result of static and transient modulating characteristic of micro-ring electro-optical modulator with the scope of free wave 2.6nm when an outside drive voltage signal is applied is: static test produces resonant frequency shift and the resonant frequency is increased with the increase of drive voltage signal, when the drive voltage crest value reached certain degree, P-N junction is broken down.By conducting transient characteristic test, it is obtained that the modulation depth is 0.899,the extinction ratio is 10.14dB and the maximum modulation frequency is 30MHz.
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中北大学学位论文
集成光波导微环谐振腔的电光调制特性研究 摘 要
随着集成光学的快速发展,硅基片上 SOI 器件的现代 SoC(System on Chip)系统芯 片技术成为了未来光通信与光集成发展的主流方向。由于 SoC 片上系统器件在光处理、 光计算、光传输和光控制等各种光学物理特性上应用的独特优势,成为了国内外学术界 广泛研究的热点。而目前制约其发展的主要瓶颈问题就是集成性。而高品质的硅基 SOI( Silicon-on-insulator) 材料,由于其材料层间较高的折射率差、 通信波段的透明传输以 及制作工艺与 CMOS 工艺完全兼容等优点以至于可很大程度上降低芯片器件尺寸和提 高芯片的集成密度来实现芯片内的光电互联和光电集成, 从而成为目前 SoC 片上芯片集 成中分立部件制备的首选。SOI 硅基光波导谐振腔作为集成光学的主要部件,其主要可 用于滤波、光开关、调制器、探测器等,而随着半导体物理学、量子力学等对硅材料半 导体电光效应的进一步解释, 研究 SOI 波导谐振腔的电光调制器成为了追捧的热点和难 点问题。 利用硅电光效应制备的 SOI 微环谐振腔光调制器主要是通过硅材料光电效应产 生波导折射率的改变,从而实现光信号的调制或切换,其克服了热光效应型调制器受热 扩散和散热的限制,突破了与声光型器件相同特征的响应速度较慢等问题,具有超高速 调制的优势,成为制作高速光调制器和光开关的首选方案。所以,研究基于 SOI 波导谐 振腔的电光特性调制器件成为现代 SoC 芯片器件实现的基础。 本文主要立足于以 SOI 光波导微环谐振腔电光调制器为目标, 采用 FDTD 以及 Rsoft 对波导的单模性、高光局域性以及谐振特性进行了仿真分析,在此基础上设计、制备出 了条形和脊型纳米光波导谐振腔, 然后对制备的结构进行了优化后处理, 并对半径 15 μ m 的波导谐振腔进行了弯曲损耗测试,其优化后的损耗值为 0.0109 ± 0.0001dB / turn ,Q 值 仍可保持在在 104 以上,从而可满足研究调制特性与制备调制器件的谐振腔基本参数要 求。然后通过 Sentaurus、SRIM2008 对二极管特性以及离子注入形成 P-N 结的实现进行 了仿真、分析与计算,最终确定其详细的数据参数等。最后以分析的结果采用标准的
With the rapid development of integrated optics, modern SoC (System on Chip) technology based on SOI devices has become the main stream of future optical communication and integration. Because of the unique advantage of SoC devices on optical process, optical calculation, optical transmission and optical control, it has become the research hot topic in recent academic world both home and abroad. However, the main bottleneck restricting the development of SoC is the integration problem. And since high-quality SOI materials have high difference of refractive index, transparent transmission of communication channel and fully compatibility with CMOS fabrication process, it can reduce the chip sizes and increase chip integration density in great degree to realize the connection and integration for photo electronics. So SOI material becomes the first choice for the fabrication of discrete devices in SoC integration. SOI micro-ring resonator, as the main part of integrated optics, can be applied to filtering, optical switch, modulator, detector, etc. As further explanation of silicon photoelectric effect due to semiconductor physics theory and quantum mechanics, the research on SOI micro-ring resonant electro optical modulator becomes the focus and difficult issue recently. SOI micro-ring modulator based on silicon photoelectric effect realizes the modulation and shiftiness of optical signal by the change of waveguide refractive index. It becomes the best solution in making high-speed optical modulator and optical switch because it overcomes the limitation of thermal diffusion and radiation when thermo-optic effect modulator is heated, break through the problem of low respond speed compared with acuosto-optic devices and have high modulation speed. Therefore, research on electro-optical modulators based on SOI micro-ring waveguide is the basis of the realization of modern SoC devices. In this paper, we aimed at electro-optical modulators based on SOI micro-ring waveguide, simulated and analyzed the single-mode property, highlight locality and resonant response of waveguide by FDTD and Rsoft. Based on these results, striped and ridged