硅基槽型微环谐振器及其调谐特性研究

硅基槽型微环谐振器及其调谐特性研究

洪建勋１＊，刘　莹１，陈　伟２

（１．武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉４３００７０；２．武汉理工大学自动化学院，湖北武汉４３００７０）

摘要：仿真和实验研究了含槽型（ｓｌｏｔ）光波导的反馈波导型微环谐振器的特性，将槽型光波导集成到Ｓｉ基微环谐振器中，丰富Ｓｉ基光波导的功能，为新型光电子器件的实现提供途径。通过锥形波导结构实现从传统波导到槽型波导的模式转换，减小传输损耗，采用时域有限差分法（ＦＤＴＤ）研究了光功率的分布和模式转换过程。结果显示，光功率逐渐转移到锥形结构两侧的槽型波导中并最终形成槽型波导中的传输模式，通过优化锥形结构能实现较高的模式转换效率，可以达到９０％以上。采用电子束刻写技术和等离子刻蚀技术制备了反馈波导型槽型微环谐振器。实验显示，锥形波导能够实现模式的转换，光传输过程良好。通过在槽型波导中填充电光聚合物来改变槽型光波导的折射率，测量结果显示，传输谱谐振峰发生了明显移动，移动幅度达到５．６ｎｍ，器件具备很好的可调谐性。

关键词：Ｓｉ基；槽型波导；传输谱；锥形；可调谐性

中图分类号：ＴＮ２５６；ＴＮ２５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－００８６（２０１４）０９－１６６８－０５

Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｌｏｔ　ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｔｕｎａｂｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

ＨＯＮＧ　Ｊｉａｎ－ｘｕｎ１，ＬＩＵ　Ｙｉｎｇ１，ＣＨＥＮ　Ｗｅｉ　２

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏ－ｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｌｏｔ　ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｓｌｏｔ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｒｉｃｈ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌｉｃｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ　ｔａｐｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｆｒｏｍ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｔｏ　ｓｌｏｔ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓ－ｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｏｓｓ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｄｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｌｏｔｓ　ａ－ｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｔａｐｅｒ　ａｄｉａｂａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ　ｆｏｒｍｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｔ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｆｉｎａｌｌｙ．Ａｎ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｏｄｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ａｓ　９０％ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ．Ａ　ｓｌｏｔ　ｍｉ－ｃｒｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｉｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｏｎ　ＳＯＩ　ｗａｆｅｒ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｎｄ　ｐｌａｓｍａ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｌｏｔ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｒｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ．Ｔｈｅ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｔ　ｉｓ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｂｙ　ｓｐｉｎ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐ－ｔｉｃ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｌｏｔ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｈｉｆｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅａｋｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｉｓ　ａｓ　ｌａｒｇｅ　ａｓ５．６ｎｍ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｈｏｗｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｌｔｅｒ，ｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ａｎｄ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｉ；ｓｌｏｔ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｔａｐｅｒ；ｔｕｎａｂｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ

１　引　言

传统光波导通常由两种具有不同折射率的材料组成，且芯层材料的折射率大于包层材料的折射率。槽型（ｓｌｏｔ）光波导是一种新型的波导，通常由３层组成，各层的厚在几×１０到几×１０２　ｎｍ量

光电子·激光

第２５卷第９期　２０１４年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ·Ｌａｓｅｒ Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．９Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２０１４＊

Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｘｈｏｎｇ＠ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

收稿日期：２０１４－０５－２９　修订日期：２０１４－０７－２２

基金项目：教育部留学回国人员科研启动基金（２０１３－６９３）资助项目