硅基微环谐振器特性研究及其应用

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中红外硅基环形谐振腔中若干非线性效应及其应用研究的开题报告

中红外硅基环形谐振腔中若干非线性效应及其应用研究的开题报告

中红外硅基环形谐振腔中若干非线性效应及其应用研究的开题报告一、研究背景和意义中红外激光器在医学、生命科学、环境监测、工业制造等领域有着广泛的应用需求。

而硅基环形谐振腔由于具有可集成性、低损耗、高品质因子等优点,成为实现高效中红外激光器的重要结构。

然而,硅基环形谐振腔中存在许多非线性效应,如自相位调制、非线性折射率、自锁模等,这些效应本身具有很高的科学意义,同时也能为中红外激光器的实现提供新的思路和途径。

二、研究内容本课题将针对中红外硅基环形谐振腔中的若干非线性效应进行深入研究,主要包括以下内容:1. 自相位调制效应:自相位调制是在非线性介质中产生的一种非线性相位调制,其可以用于高带宽光通信和在中红外波段实现光谱测量等领域。

本课题将尝试通过实验和理论探究硅基环形谐振腔中的自相位调制效应及其机制。

2. 非线性折射率效应:非线性折射率又称为Kerr效应,是介质中出现非线性效应的最基本形式之一,常用于调制光学波导和谐振腔中的光。

本课题将尝试探索硅基环形谐振腔中的Kerr效应及其表现形式,以及通过Kerr效应实现光脉冲的调制和光梳的产生。

3. 自锁模效应:自锁模是指谐振腔自发地对光进行共振,使光强不断增强,最终稳定在谐振腔的固有模式上。

自锁模效应在光学传感和激光器等领域有着广泛的应用。

本课题将探究硅基环形谐振腔中的自锁模效应及其特性。

三、研究方法本课题将采用实验和理论相结合的方法进行研究。

具体来说,将制备中红外硅基谐振腔,利用拉曼光谱和自由光谱测量(FSR)等手段对其进行表征,并通过控制泵浦光功率、波长等参数,研究谐振腔中的自相位调制、非线性折射率、自锁模等效应。

同时,基于非线性光学理论模拟和分析谐振腔中光与物质的相互作用,深入探讨各种非线性效应的机制和特性。

四、预期成果本课题预期通过对中红外硅基环形谐振腔中的非线性效应进行研究,探索出新的光学现象和机理,为实现中红外激光器提供新思路和途径,并能在医学、生命科学、环境监测和工业制造等领域起到重要作用。

硅基微环谐振器耦合诱导透明效应的研究

硅基微环谐振器耦合诱导透明效应的研究

硅基微环谐振器耦合诱导透明效应的研究硅基微环谐振器是一种重要的光子集成器件,具有小尺寸、高品质因子和灵活可调的特点,被广泛应用于各种光子学应用中,例如光通信、光传感和量子信息处理等领域。

而耦合诱导透明效应(coupled-induced transparency,CIT)是一种基于光子之间的相互作用导致的光学现象,能够实现光的存储和操控,因此引起了学术界的广泛关注。

硅基微环谐振器的核心结构是一个闭合的光波导环路,通过调节环路的尺寸和曲率可以实现对光的谐振增强效应。

当两个或多个微环谐振器通过耦合波导相连时,它们之间的光学相互作用将导致CIT现象的出现。

CIT现象的物理原理是在耦合的微环谐振器中存在两个共振模式(resonant modes),它们的振荡频率非常接近但能量分布却不同,一个强一个弱。

当输入光与强模式共振时,强模式的能量将通过耦合波导传导到弱模式上,形成一个透明窗口,使得输入光通过这个系统时几乎不被吸收或散射。

这一现象可以看作是一个与介质中的原子或分子相类似的集体激发现象,被称为“光子原子”。

CIT现象的实现对于光学信息存储和量子信息处理具有重要意义。

通过调节输入光的频率和强度,可以控制透明窗口的位置和形状,实现光源的存储和操控。

此外,通过在环路中引入双光子非线性效应,可以实现光的双光子操控和单光子非线性干涉效应。

研究人员通过理论模拟和实验验证,证实了硅基微环谐振器耦合诱导透明效应的存在和特性。

一方面,通过精确设计微环谐振器的参数,如半径、宽度和耦合长度等,可以调控耦合效率和透明窗口的形状,实现对光的高效存储和操控。

另一方面,通过制备高质量的硅基微环谐振器并通过微纳加工技术精确控制耦合情况,可以实现光子之间的高效耦合和传输。

此外,研究人员还通过在硅基微环谐振器上引入光子晶体结构、金属纳米颗粒或几何谐振结构等手段,进一步拓展了CIT现象的应用和性能。

例如,在硅基微环谐振器中引入光子晶体结构,可以实现光子晶体波导和微环谐振器之间的耦合,从而实现更高的耦合效率和更低的能量损耗。

基于硅基微环谐振器的单光子源和交换网络

基于硅基微环谐振器的单光子源和交换网络

微环谐振器的制备与表征方法
微环谐振器的制备方法
微环谐振器可以通过不同的制备方法进行制造,如光刻、干法刻蚀、化学气相沉积等。
微环谐振器的表征方法
微环谐振器的性能可以通过不同的表征方法进行测试,如光谱分析、网络分析仪、时域光谱仪等。
03
基于硅基微环谐振器的单 光子源
单光子源的基本原理与实现方法
单光子源的基本原理
单光子源的制备与测试结果
制备过程
首先,采用化学气相沉积方法生长硅基微环 谐振器;然后,通过电子束光刻和离子束刻 蚀等手段加工微环谐振器;最后,在微环谐 振器中注入激发源,如量子点或量子阱。
测试结果
通过测试基于硅基微环谐振器的单光子源的 亮度和光谱,验证了其可行性和性能。实验 结果表明,该单光子源具有高亮度、可调谐 性和稳定性,可以满足量子信息处理的需求 。
交换网络的制备与测试结果
要点一
制备
基于硅基微环谐振器的交换网络需要使用精密的制造 工艺和光学器件,如微环谐振器、波导和光探测器等 。制备过程中需要严格控制工艺参数,以确保网络的 质量和性能。
要点二
测试结果
通过对基于硅基微环谐振器的交换网络的测试,研究 人员可以验证其性能和可靠性,并评估其在不同条件 下的表现。测试结果表明,这种交换网络具有高速度 、抗干扰能力强和传输距离远等优点,具有广泛的应 用前景。
选方案。
研究基于硅基微环谐振器的单光 子源和交换网络对于推进量子信 息处理和通信技术的发展具有重
要意义。
相关工作概述
国内外研究团队在硅基微环谐振器制备、单光子源实现、以及单光子交换网络构 建等方面开展了大量研究工作。
目前存在的问题包括:如何提高硅基微环谐振器的品质因子,如何实现高质量的 单光子源,以及如何构建高效的单光子交换网络等。

硅基光电材料的研究与应用

硅基光电材料的研究与应用

硅基光电材料的研究与应用硅基光电材料是当今光电子技术的重要组成部分,具有广泛的研究和应用前景。

本文将介绍硅基光电材料的研究现状和应用,展示了其在信息通信、太阳能电池等领域中的重要作用。

一、硅基光电材料简介硅基光电材料主要指硅材料在光学和电子方面的应用,是集材料科学、电子工程和光学等多种学科于一体的交叉领域。

硅是一种常见而廉价的元素,广泛地存在于自然界中,并且具有良好的物理化学性质和易加工加工等优点,因此,硅基光电材料在信息处理、传输、储存、显示、能源、生命科学等领域具有重要实际应用价值。

硅基光电材料的主要性质包括:1、非线性光学特性;2、较高的光学和电学响应速度;3、宽带电视和较高的光波导模式;4、良好的热稳定性。

硅基光电材料的发展程度和应用广泛程度,可以从其应用领域中得到体现。

二、硅基光电材料在信息通信领域中的应用信息通信技术对硅基光电材料的发展起到了重要推动作用,比如光收发器、光纤放大器、光开关等硅基光电子器件在信息通信领域的应用,已经深深地渗透到人们的日常生活中,使得信息数据得以快速而可靠地传输和处理。

在信息通信领域,光收发器和光纤传输技术是硅基光电材料应用的重要领域。

光纤传输技术可以高效地传输信息,同时,硅基光纤中的模式分裂优势,可以实现高速、大容量和低噪声的光信号传输。

光收发器则可以将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号,在数字通信系统中具有重要作用。

此外,在数据存储领域,基于硅基微环谐振器,可以实现高速、低功耗、大容量的光盘存储。

三、硅基光电材料在太阳能电池领域中的应用太阳能是最为广泛使用的可再生能源之一,硅基光电材料在太阳能电池领域中的应用,可以提高太阳能电池的效率和光吸收的量。

太阳能电池的复合物和表面掺杂等表层修饰技术中,硅基光电材料的研究和应用,是本领域的发展热点。

硅基太阳能电池的研究多年来依旧是研究热点。

这是因为硅基太阳能电池拥有较高的光电转换效率,并且硅基材料的价格较便宜,不成膜亦可制备。

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析潘武;周亚婷;邓珊;程彩玲【摘要】The silicon-based ultra-compact microring resonator in the terahertz communication window was de-signed.According to the transfer matrix method and the coupled mode theory,the transfer function of the microring re-sonator was calculated,and the critical coupling conditions of microring resonator were obtained by analyzing the waveguide coupling coefficients.3D finite-difference time-domain method is used to analyze the performance parame-ters of microring resonator,and the obtained results were compared with that of the cascade dual microring resona-tor.The results show that a free spectral rang of the microring resonator is 27 GHz and an insertion loss is 0.3 dB.And the spectral shape factors of two kinds of microring resonators are 0.1 6 and 0.52 respectively.That means cascade du-al microring resonator result in flatter top resonance and higher roll-off vertical degree.%设计了一个工作频率在太赫兹大气传输第一窗口的硅基波导型微环谐振器。

微盘谐振腔及其光子器件的研究的开题报告

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。

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

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。

高性能硅基微环谐振器与光子晶体微腔

高性能硅基微环谐振器与光子晶体微腔

高Q值、高消光比的微环谐振器
高性能的微环谐振器 基于slot波导的微环谐振器
波导宽149nm 波导高250nm 狭缝:~28000
0.028nm Q=55329 ER=19dB R=40um FSR=2.44nm
• 微环最高Q值达到55329,消光比为19dB,基于脊形波导实现 • 实现了硅基狭缝波导微环,狭缝宽度130nm,Q值达到28000
高性能硅基微环谐振器与光子晶体微腔
用于垂直耦合的SOI 光栅耦合器
Monitor
19um 280nm
PC CCD
Microscope
14um
600nm
N eff n1 sin m
Fiber mode
垂直耦合测试系统 光栅耦合器SEM照片
3dB带宽 ~35 35 nm (1528nm~1563 (1528nm 1563 nm) 耦合效率 ~40%
高Q光子晶体微腔及其非线性光学效应
光子晶体L3微腔的传输谱 硅基光子晶体微腔的非线性光学特性
不对称传输谱 形开始出现
更高输入功率, 长波长一侧有 快速跳变
总Q值: 值 60000 本征Q值:330000 双光子吸收引起非 对称传输谱形: 随着输入功率增加, 高Q微腔中能量很 高,因硅的双光子 吸收引发的热光效 应显现,谐振波长 红移,谐振峰的左 侧变得平缓,而右 侧出现陡升。 我们制作的光子晶体微腔因其超高Q值、超小模式体积,腔中能量密 度非常大,非线性阈值极低(~4.65μW),优于文献已报道结果。
总Q值:44000
(a)
(b)
悬空光子晶体L3微腔SEM图

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

太 赫 兹 硅 基 微 环 谐 振 器 的设 计 与 分 析
潘 武, 周亚婷, 邓 珊, 程 彩 玲
( 重 庆 邮 电大 学 光 电工 程 学 院 , 重庆 4 0 0 0 6 5 )

要: 设 计 了一个 工 作 频率在 太 赫兹 大 气传 输 第 一 窗 口的硅 基 波 导 型微 环 谐振 器 。 利用 传
输矩阵法和耦合模理论计算微环谐振器 的传输 函数, 并对波导耦合系数进行分析 , 获得微环谐 振器 的临界耦合条件。采用时域有限差分法分析微环谐振器 的性能参数, 并与 串联双环谐振 器 性 能参数 相 比较 。结 果表 明: 单 环 谐 振 器 的 自由谱 宽 范 围为 2 7 G H z , 插入损耗 为 0 . 3 d B 。 单环 与双环 谐振 器 的 响应谱 线 形 状 因子分 别 为 0 . 1 6和 0 . 5 2 , 即 串联 双 环 谐 振 器使 谐振 谱 线
第4 5卷 第 5期
2 0 1 5年 5月
激 光 与 红 外
LAS ER & I NFRARED
Vo 1 . 45. No. 5 Ma y, 2 01 5
文章编号 : 1 0 0 1 — 5 0 7 8 ( 2 0 1 5 ) 0 5 - 0 5 7 1 - 0 5 源自・太 赫 兹技术 ・
De s i g n a n d a n a l y s i s o f s i l i c o n・ b a s e d mi c r o r i ng r e s o n a t o r i n t e r a h e r t z f r e q u e n c y r a n g e
w a v e g u i d e c o u p l i n g c o e f f i c i e n t s . 3 D f i n i t e — d i f f e r e n c e t i me — d o ma i n me t h o d i s u s e d t o a n a l y z e t h e p e r f o r ma n c e p  ̄a me —

新型微环谐振器及其传感特性研究

新型微环谐振器及其传感特性研究

新型微环谐振器及其传感特性研究新型微环谐振器及其传感特性研究近年来,微纳技术的快速发展带来了许多新型器件和材料的涌现,其中微环谐振器作为一种高灵敏度、高选择性的传感器,在光电子学、生物医学和环境监测等领域中得到了广泛的应用。

本文将介绍一种新型微环谐振器的结构设计和传感特性研究。

首先,我们简要介绍一下微环谐振器的基本原理。

微环谐振器是一种由环形光波导构成的谐振腔结构,通过调节环形光波导的尺寸和折射率来实现不同波长的谐振模式。

当外界环境发生变化时,微环谐振器的谐振波长会发生改变,从而可以通过检测谐振波长的变化来实现对环境参数的敏感检测。

在传感方面,新型微环谐振器具有几个特点。

首先,采用高折射率材料制作的微环谐振器具有更高的光波导参量,可以实现更小的尺寸和更大的灵敏度。

其次,由于谐振模式是通过环形光波导的尺寸和折射率来调节的,因此可以实现多种不同波长的传感模式,并且可以通过控制传感模式的距离来实现多参数传感。

此外,由于微环谐振器的谐振波长与外界环境的折射率有关,可以通过改变环境折射率来实现对不同物质的检测。

为了研究新型微环谐振器的传感特性,我们设计并制备了一种基于硅光子学的微环谐振器。

该微环谐振器的尺寸为50μm × 50μm,采用硅基材料,工作波长为1550nm。

通过光刻和热氧化等工艺步骤,成功制备了微环谐振器的样品。

接下来,我们对微环谐振器的传感特性进行测试。

首先,通过将样品置于不同折射率溶液中,我们测量了谐振波长随溶液折射率的变化。

实验结果表明,谐振波长随溶液折射率呈现线性关系,且灵敏度约为100 nm/RIU (Refractive Index Unit)。

这表明新型微环谐振器具有较高的灵敏度和选择性。

接着,我们进行了多参数传感实验。

通过引入两个微环谐振器,分别浸泡在不同折射率溶液中,我们测量了两个谐振波长随溶液折射率的变化。

实验结果表明,两个微环谐振器的谐振波长变化具有较好的线性关系,可以实现多参数传感。

基于串行双环微环谐振器的滤波特性

基于串行双环微环谐振器的滤波特性

基于串行双环微环谐振器的滤波特性伴随科技的发展,人们对光的认知深度和广度不断增加。

光学技术的不断发展,对社会以及科学的发展有巨大的促进作用,因此光信号的传输和处理成为了光学运用的关键。

我们必须找到一种能够控制光产生,运输以及处理的工具,其中微环谐振器就是一个很好的控制光传输和处理的工具。

微环谐振器具有结构紧凑,高度集成,功能丰富的特点,是搭建大规模及超大规模集成光子回路的最具有前途的代表之一。

目前,它已被用于延时线,通信滤波器,微激光器和光学传感器等,成为光通信和集成光电子领域的研究热点之一。

硅电子器件制备工艺由于技术成熟,批量生产成本低等优势,硅基微环谐振器刚好充分利用这一技术。

本文中,利用建立的微环谐振器的数学模型即散射矩阵模型,着重研究基于硅微环谐振器的光子回路的滤波特性,包括自由光谱范围,3dB带宽等参数。

同时利用了FDTD算法和MATLAB进行适当的仿真,对理论分析的结果加以验证。

关键字:微环,谐振器,滤波,滤波特性,散射矩阵绪言很多年前,Marcatili 在自己的文章中清晰地介绍了微环波导谐振腔的工作原理。

一系列频率的光束由波导1的输入端口输入,在波导中传播,若输入光波的频率符合微环谐振器的谐振频率,该频率的光就可以在微环谐振腔内与新耦合的光波发生干涉。

该频率的光波在波导2的下载端口输出,其他频率的信号则在波导1的输出端口输出。

虽然提出微环谐振器的概念已经很长时间,但在一段时间内,由于平面工艺水平没有大的突破,所以微环谐振器的研究和发展一直停滞不前。

后来随着平面工艺技术的提升,微环谐振器才重新得到科研技术工作者的重视和研究,并得以迅速发展。

作为搭建光子回路的一个重要组成部分,微环谐振器已被运用于许多方面,比如半导体激光器,因为微环谐振器可以承担起很多功能,其已成为光集成的一个极为重要的组成部分。

随着集成光学研究领域的不断发展,特别是近几年微纳光集成工艺取得的突破性进展,环形谐振器逐渐引起全球各科研团体的兴趣和重视。

微环谐振器的耦合和特性的分析与研究

微环谐振器的耦合和特性的分析与研究

微环谐振器的耦合和特性的分析与研究微环谐振器的耦合和特性分析与研究引言随着微纳加工技术的快速发展,微纳光学器件正逐渐成为现代光学与电子学领域的研究热点之一。

其中,微环谐振器作为一种重要的微纳光学器件,因其特殊的结构和良好的谐振特性,被广泛应用于微光学传感器、光信号处理以及光通信等领域。

本文将对微环谐振器的耦合和特性进行深入分析和研究。

一、微环谐振器的基本原理微环谐振器是通过在一个环形波导中构成高品质因子(Q)的谐振模式而产生强烈的光场共振效应。

其基本结构由环形波导和耦合区组成。

当入射的光场与环形波导的谐振模式相匹配时,会在谐振频率处形成窄带宽的共振增益效应。

二、微环谐振器的耦合机制微环谐振器中的耦合机制通常分为直接耦合和间接耦合两种。

其中,直接耦合指的是将光信号通过光纤等外界通道直接注入微环谐振器中。

而间接耦合常见的方式有布拉格光栅耦合、反射镜耦合和侧边耦合等。

这些耦合方式可以通过调整系统参数,如波导与微环之间的间距、耦合强度等,来实现与微环谐振器的光场交互。

三、微环谐振器的特性3.1 谐振特性微环谐振器的谐振特性是指其共振峰的频率、带宽和品质因子等性能指标。

通过调整微环的直径、耦合系数和环材料的折射率等参数,可以调节其谐振特性,使其在特定的光波波长范围内产生共振效应。

3.2 良好的光场限制效应微环谐振器由于其尺寸微小,对光场有强烈的限制效应。

当光场与微环谐振器的尺寸相匹配时,光场会在环中形成强烈的驻留效应,使得光子能够停留在微环中进行反复的传输和损耗。

这种限制效应可以用来增强微环谐振器的传感灵敏度和光学信号增益。

3.3 温度敏感性微环谐振器对温度的敏感性非常高。

由于微环谐振器的结构对温度变化非常敏感,微小的温度变化会导致微环材料的热膨胀或折射率的变化,从而改变谐振频率。

这使得微环谐振器可以被广泛应用于温度传感器和热光调制器等领域。

四、微环谐振器的应用领域4.1 光传感器由于微环谐振器对环境参数的敏感性,例如温度、压力、湿度等,其可以被广泛应用于光传感器领域。

硅基微环谐振器(MRR)的传输特性研究及应用

硅基微环谐振器(MRR)的传输特性研究及应用

硅基微环谐振器(MRR)的传输特性研究及应用硅基微环谐振器(MRR)的传输特性研究及应用随着光通信技术的快速发展,光子集成电路成为当前研究的热点之一。

硅基微环谐振器(MRR)作为一种基于硅(Si)材料的微型光学器件,具有优异的传输特性和广泛的应用前景。

本文将详细介绍硅基微环谐振器的传输特性研究以及在通信领域的应用。

首先,我们将对硅基微环谐振器的基本结构和工作原理进行介绍。

硅基微环谐振器是一种基于光的干涉现象,利用闭合的光学波导形成一个环形结构,通过调节环的尺寸和材料的折射率来实现光的共振传输。

当输入光与谐振模式的频率匹配时,光将在环内发生多次的来回传输,从而产生增强的谐振现象。

硅基微环谐振器具有小尺寸、高Q值(品质因子)和调制能力强的特点,可以实现高效的光传输和光调制。

其次,对硅基微环谐振器的传输特性进行深入研究。

硅基微环谐振器的传输特性主要包括透射谱、谐振峰的功率传输特性以及Q值等。

透射谱是评估硅基微环谐振器性能的重要指标,它反映了谐振峰的传输效率和频率的分辨能力。

通过调整环的尺寸和材料的折射率,可以实现特定频率范围内的高透射谱,并提高传输效率。

谐振峰的功率传输特性表示在谐振频率附近传输光的损耗情况,对于实现低损耗的光传输至关重要。

Q值是评估硅基微环谐振器的品质因子,Q值越高表示光在环内循环的次数越多,传输效率越高。

因此,提高Q值是优化硅基微环谐振器传输特性的关键。

最后,我们将介绍硅基微环谐振器在光子集成领域的应用。

由于硅基微环谐振器具有小尺寸、易于集成和调制能力强的特点,它在光通信和传感器等领域有着广泛的应用。

在光通信领域,硅基微环谐振器可以用作滤波器、调制器、光开关等功能器件,实现高速、高效的光信号处理和传输。

在传感器领域,硅基微环谐振器可以通过监测谐振峰的频移和幅度变化来实现对环境参数(如温度、压力等)的敏感检测。

此外,在生物医学领域,硅基微环谐振器可以应用于生物分子的检测和分析,具有重要的实验研究和临床应用价值。

首次基于硅基微环谐振器实现波长带宽同时可调的光学带通滤波器

首次基于硅基微环谐振器实现波长带宽同时可调的光学带通滤波器

研究动态Research Trends研究或首次实现中红外激光调频据美国物理学家组织网报道,美国科学家首次在实验室实现了中红外线激光的频率调制,在波长为100GHz及以上的光谱范围内,移动式平台不需要使用光纤也能实现每秒传输1000亿字节数据。

新研究有望给通讯方式带来变革。

最新技术由斯蒂文斯理工学院超速激光光谱实验室主任、物理学和工程物理学副教授赖纳·马汀尼领导的研究团队完成,相关成果发表在最新一期《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)杂志上,《自然-光子学》杂志也将重点推介该研究。

随着高速本地环路网络互联需求的不断增长,光纤网络布线难以及成本高的问题日益突出,无线激光通信(OWC)技术开始受到青睐。

OWC又称自由空间激光通信(FSO),该技术不用光纤作为传输媒介,而是一种在自由空间中用太赫兹(THz,1012Hz)光谱范围内的激光或光脉冲传送分组数据(数据包)的通信系统。

FSO能提供与光纤传输相近的速率,且比光纤线路成本低。

由于激光技术的进步、激光器件造价的降低,FSO成为当前热门的一种新通信技术。

但该技术也面临着一些挑战,比如光束的传输极易受大雾等天气环境的影响而改变光束的传输路径、降低数据通信的可靠性等。

而对激光束进行调制能让FSO技术更好地传输更多数据。

几年前,马汀尼团队实现了中红外线的幅度调制(AM),但调幅信号容易受灰尘和雾气的干扰。

现在,他们首次实现了中红外线的频率调制(FM)。

马汀尼说:“调幅(AM)传输的数据会受环境的影响,但是,影响调幅传输的环境并不会影响调频传输的数据,因此更加可靠。

新研究使通过调频传输数据成为可能。

”作为方兴未艾的FSO技术先驱,马汀尼团队希望其技术成果能更好地应用于日常生活中。

他们的一个关注重点是,将FSO系统同现有的光纤网络系统整合在一起,使地上和地下的高速激光通讯成为可能。

该研究团队也在着手研发一种相位控制检波器,以与他们最新制造的相位控制发射器结合在一起,相位控制发射器将制造出一个全新的相位控制系统,使研究人员能管理该系统的方方面面。

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SY1119222

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。

基于微环谐振器阵列的滤波特性研究

基于微环谐振器阵列的滤波特性研究

基于微环谐振器阵列的滤波特性研究基于微环谐振器阵列的滤波特性研究摘要:滤波器在电子系统中起着至关重要的作用,用于对信号进行频率选择、滤波和频率转换。

现代通信系统对滤波器性能的要求越来越高,因此寻求新型滤波器的研究变得尤为重要。

基于微环谐振器阵列的滤波器因其小型化、高性能和低功耗的特点受到广泛关注。

本文通过对微环谐振器阵列的结构、工作原理和滤波特性进行研究,以期为高性能滤波器的设计和实现提供理论基础。

一、引言滤波器是一种用于选择特定频率信号的电路或设备。

随着通信技术的不断发展,对滤波器性能的要求越来越高。

传统的滤波器设计往往需要较大的空间和较高的功耗,对Miniaturisation和Low power consumption的要求难以满足。

因此,寻找一种小型化、高性能和低功耗的滤波器成为越来越重要的研究方向。

二、微环谐振器阵列的结构与工作原理微环谐振器是一种由环形波导构成的谐振器,其直径通常在几微米到几百微米之间。

微环谐振器具有较高的品质因子(Q因子),可以实现高品质的频率选择。

为了获得更好的滤波性能,研究者们将多个微环谐振器组成阵列,形成了基于微环谐振器的滤波器。

微环谐振器的工作原理是基于光在波导中传播时产生的衍射效应。

微环谐振器的环形波导上存在一个或多个耦合波导。

当光从耦合波导输入到环形波导时,会在环形波导中形成驻波模式。

由于光的补偿相位差,在某个特定波长下,输入光与相位匹配的驻波模式将得到增强,而其他波长的信号则被抑制。

三、基于微环谐振器阵列的滤波特性研究基于微环谐振器阵列的滤波器具有许多优势,例如小型化、高选择性、宽带宽等。

研究者们通过更改微环谐振器阵列中微环的直径、间距和耦合强度等参数,可以调节滤波器的中心频率、带宽和抑制比。

研究表明,微环谐振器阵列的滤波特性受到多种因素的影响。

首先,微环谐振器的直径决定了谐振器的固有频率。

较小的直径将导致高固有频率,较大的直径则会降低固有频率。

其次,微环谐振器之间的间距和耦合强度也会影响滤波特性。

微环谐振器及其在全光信号处理中的应用研究

微环谐振器及其在全光信号处理中的应用研究

微环谐振器,作为一种典型的光学微结构,因其在全光信号处理中的重要应用而备受关注。

在本文中,我们将深入探讨微环谐振器的基本原理、结构特点以及在全光信号处理中的应用研究,并结合个人观点对其进行分析和解读。

1. 微环谐振器的基本原理微环谐振器是一种基于光波导的器件,通过光波在环形结构内部的多次反射和相互干涉实现谐振现象。

当光波进入微环谐振器后,会在环形波导内部进行多次来回传输,并与自身相互干涉,最终形成谐振效应。

这一原理使得微环谐振器具备了在光学信号处理中实现高效能量转换和频率选择的能力。

2. 微环谐振器的结构特点微环谐振器通常由光波导、耦合结构和环形波导等部分构成。

其中,光波导负责引导和传输光信号,耦合结构用于实现光的输入输出,而环形波导则是谐振现象发生的关键部分。

由于其结构紧凑、损耗低、响应速度快等特点,微环谐振器在光学信号处理中具备了独特的优势。

3. 微环谐振器在全光信号处理中的应用研究随着光通信和光信息处理技术的不断发展,微环谐振器在全光信号处理中的应用愈发广泛。

在光通信系统中,微环谐振器可用于实现光波长选择性开关和光频率转换。

在光传感领域,微环谐振器可以实现对微小光信号的高灵敏度探测和快速响应。

在光学计算和信息存储等方面,微环谐振器也发挥着重要作用。

总结及个人观点:微环谐振器作为一种典型的光学微结构,在全光信号处理中展现出了重要的应用前景。

通过对其基本原理和结构特点的深入理解,我们能更好地把握其在全光信号处理中的应用前景和发展趋势。

从个人角度来看,微环谐振器在全光信号处理中的应用研究将会带来一场光学技术的革命,为光通信、光传感和光学计算等领域的发展提供更多可能性。

微环谐振器在全光信号处理中的应用研究具有重要意义,我们有必要加大对其基础理论和实际应用的深入研究,进一步挖掘其潜在的应用价值。

相信在不久的将来,微环谐振器将会成为光学领域中不可或缺的重要器件,为全光信号处理技术的发展注入新的活力和动力。

Si基双环谐振腔力敏传感特性研究

Si基双环谐振腔力敏传感特性研究

Si基双环谐振腔力敏传感特性研究焦克莹【摘要】为研究双环谐振腔结构力敏传感特性,设计了不同半径比的基于绝缘衬底上硅的双环微腔结构,通过理论分析以及实验测试并结合有限元仿真,得出半径比为3:1的双环结构的灵敏度为80.26 pm/MPa,而半径比为1:1的双环结构的灵敏度高达128.87 pm/MPa,具有高的检测灵敏度,表明双环微腔敏感结构单元可应用于应力检测领域.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】4页(P863-866)【关键词】微环谐振腔;绝缘体上硅;力敏检测;光波导【作者】焦克莹【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;驻马店职业技术学院,河南驻马店463000【正文语种】中文【中图分类】TN815基于回音壁模式的硅基光波导微环腔由于其结构简单、灵敏度高、易集成等特点而被广泛应用在滤波器[1-2]、光调制器[3-4]、光开关[5-7]、生物传感检测[8-9]、激光器[10-11]、光学陀螺[12-13]等领域,其在高灵敏度传感方面具有很大前景,而基于硅基光波导结构的微应力测试仪[14]就是比较热门的一种。

本文基于绝缘体上硅材料设计了不同半径比的双环微腔结构,通过对结构一端固定约束,另一端施加微位移的方式产生应力,通过理论分析以及实验测试并结合有限元仿真,得出半径比为3:1的双环结构的灵敏度为80.26 pm/MPa,而半径比为1:1的双环结构的灵敏度高达128.87 pm/MPa,具有高的检测灵敏度。

1 制备工艺通过在SOI片上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯PMMA4光刻胶、经过电子束光刻、显影、定影、深硅刻蚀等工艺相继得到波导和光栅。

制备光波导使用的SOI基片大小为15 mm×15 mm,顶层硅的厚度为220 nm,中间层二氧化硅厚度为3 μm,衬底硅厚度为675 μm。

流片中选用的电子束光刻机为直写式JBX5500ZA,该光刻机采用矢量扫描高斯型系统,工作时采用矢量扫描方式,电子束曝光无需掩膜,可实现低至10 nm的线宽图形。

电磁激励的硅微谐振器的研究的开题报告

电磁激励的硅微谐振器的研究的开题报告

电磁激励的硅微谐振器的研究的开题报告一、题目:电磁激励的硅微谐振器的研究二、研究背景和意义:随着微纳米制造技术的迅猛发展,微型机械系统(MEMS)越来越广泛地应用于传感、控制、检测等领域中。

而硅微谐振器则是MEMS领域中的一种重要的微机电设备,可以用于制作滤波器、频率选择器、传感器等。

硅微谐振器具有体积小、频率高、灵敏度高等优点,已被广泛应用于通信、自动化、医疗、军事等领域。

目前,针对硅微谐振器的研究主要集中在静态或动态力学特性上,而对于其电磁激励的响应特性研究较少。

电磁激励是硅微谐振器的一种常见的兴奋方式,其在一些应用中被广泛使用。

因此,深入研究硅微谐振器的电磁激励响应特性对于充分发挥其优势,提高其在应用中的性能具有重要意义。

三、主要内容和研究方法:本研究旨在通过理论分析和实验研究,探究硅微谐振器在电磁激励下的响应特性,具体内容包括:1. 基于有限元方法对硅微谐振器电磁响应机理进行分析和建模,得出不同结构、尺寸和材料等条件下的电磁响应特性。

2. 建立硅微谐振器的电磁激励实验平台,测量硅微谐振器在不同电磁激励场下的响应,研究其频率变化、质量变化等特性。

3. 结合理论分析和实验结果,研究硅微谐振器在电磁激励下的共振特性、能量耗散机制、非线性效应等。

四、预期成果和研究价值:本课题研究将对硅微谐振器的电磁响应特性进行深入探究,有望取得以下成果:1. 探究硅微谐振器不同结构、尺寸和材料等条件下的电磁响应特性,为硅微谐振器的设计和优化提供理论基础和参考。

2. 研究硅微谐振器在电磁激励下的共振特性、能量耗散机制、非线性效应等,为其在应用中的性能提高提供指导。

3. 构建硅微谐振器的电磁激励实验平台,建立一套完整的试验方法和测试程序,为相关领域的研究工作提供参考。

本研究对于推动MEMS领域的发展,提高硅微谐振器在应用中的性能具有重要意义,同时也为相关领域的研究工作提供各种新的思路和方法。

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when
the gap width is relatively length is the same
as a
large.Furthermore,there
is
to enable optical interconnects since the
silicon-on-insulator(SOI)platform has
a ultra-high
index—
contrast and transparent window from near-infrared to
mid-infrared.More importantly,the CMOS
loss.In order
to solve these problems,this thesis introduces bent directional couplers for high—order
MRR optical
filters to have coupling ratio

box-like filtering response.In the present design,bent couplers
由o.40岬增宽到1.509m时,OUOw有1.07降到0.0263。另一方面,宽的微环波导不仅仅支
持基模还支持高阶模。相应地,其频谱输出中会存在一些不希望出现的高阶模式的谐振峰。
III
浙江大学博士学位论文
通过选择合适的结构参数,弯曲耦合器何以有效地抑制高阶模的激发。仿真和实验结果表明 采用这种结构的微环阵列其谐振峰波长的随机漂移得到有效地减小。 硅材料的温度系数为正且比较大约为1.8×10—4/oC,这意味着硅基集成器件极易受外界 温度变化的影响。为解决这个问题,可以通过用具有负温度系数的TiO,作为上包层来补偿, 减少外界温度变化对硅基集成器件的影响。与常用作补偿材料的聚合物相比,TiO,稳定性 更好。我们利用TiO,作为上包层设计制作了硅基微环谐振器,实验结果显示微环谐振器的 温漂从约70pm/oC降低至约30pm/oC。
Silicon—based
Microring
Resonator and the Applications
Author’S signature:
Supervisor’S signature
External Reviewers:
Anonymous reviewer l Anonymous reviewer2 Anonymous reviewer3 Anonymous reviewer4 Anonymous reviewer5
access
are
used for light
between the
waveguides and the
side・microring.With bent
couplers,the coupling
even
can be
chosen flexibly by choosing the length of the coupling region appropriately
浙江大学博士学位论文
II
摘要
摘要
随着人们对信息处理速度,数据传输速率等的要求不断提高,具有能耗小,抗干扰能力 强,带宽大,损耗小等优点的光互连技术得到巨大地发展。硅光子学因硅折射率较大且从近 红外到远红外是透明的等特点已然成为主要的光集成平台之一。更为重要的是其制作工艺 与业已成熟的CMOS工艺相兼容使其制作成本比较低。在众多硅基集成器件中,微环谐振 器是常见的光学器件之一,这得益于微环谐振器的尺寸比较小,功能丰富可用于多种场合等 优点。 单个微环谐振器其频谱响应是典型的洛仑兹曲线,3dB带宽比较窄,上升沿/下降沿不够 陡峭。在某些应用中如滤波器往往希望实现平顶型的频谱输出,这可以通过级联多个微环来 实现。级联微环的设计需要优化相邻两个微环间以及微环和输入/输出信道间的功率耦合系 数。例如,五阶的级联微环谐振器当功率耦合系数K2(K为振幅耦合系数)分别为O.45,O.09, 0.05,0.05,0.09和0.45时可以实现较好的平顶型频谱输出。为了在微环和输入/输出信道间 实现高效的功率耦合如0.45,其耦合区通常采用多模干涉器(MMI)或者比较长的定向耦合 器,但这些耦合方法会减小自由频谱范围(FSR)并引入额外的损耗。为解决这个问题,我们 提出一种基于弯曲耦合器的级联微环谐振器来实现平顶型频谱输出。在目前的设计中,利
学位论文作者签名:f;|I所演
签字日期:五l}-年弓月谬日
导师签名
签字日期
目Байду номын сангаас
致谢
致谢
不知不觉在浙江大学光电系光及电磁波研究中心度过六年,在攻读硕博期间,浙江大学 严谨求是的学术氛围,实验室积极向上紧追世界科研前沿的风气使我受益匪浅,也定会深深 地影响到我今后的工作学习。在毕业之际,谨向多年来在学习生活上给我极大帮助和关怀的 老师,同学以及亲友表示最衷心的感谢。 衷心感谢我的导师戴道锌教授:戴老师学识渊博,眼界开阔,思维敏捷,治学严谨,对学 术研究抱有极大的热情,对学生学习科研以高度的责任感给予极大的帮助。谨此感谢他在过 去几年里,在课题研究过程中碰到的问题提供解决方案,在学术论文的撰写修改完善过程中 认真负责地给予指导与帮助,在思想懈怠时给予及时的帮助和提供宝贵的建议。 特别感谢我的合作导师时尧成教授:时老师在我来实验室做本科设计时给予我很多的 帮助并提出宝贵的意见。在攻读硕博士期间,对我的科研生活提供莫大的帮助。 也特别感谢实验员胡鑫松:在做实验过程中遇到的很多技术性问题,胡师傅提供过许多 有用的帮助和建议,使我的实验能够顺利完成。胡师傅肯于专研问题,善于总结问题,乐于助 人的精神是值得我在今后的工作学习中借鉴的。 感谢实验室PLC组师兄师姐,学弟学妹以及同届的各位同学在平时的学习科研生活中 对我的帮助和关心。 陈朋鑫 2015年1月
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关键词:硅基集成光学;微环谐振器;平顶型滤波器;弯曲耦合器;波分复用;热不敏感器件
IV
Abstract
Abstract With
the increasing demands for high—speed data processing
as
well
as
data transmission,the
technology of optical interconnects has been developed very well because of the advantages like low power consumption,high bandwidth.Silicon photonics is one ofthe most popular technologies
a box—like
spectral response,which
can be
realized
by using cascaded multi-microrings.For the design of cascaded multi—microring,one should opti- mize the power coupling ratios between the
Examining Committe Chairperson:
He
Jianjun
Examining Committe
Members:
Lu Xuanhui Dai Daoxin Cheng Cheng 一 一 Le Zichun
Date oforal defence:
幽f童,三:I;
浙江大学研究生学位论文独创性声明
Lorentzian curve,
for which the 3dB bandwidth is narrow and the risingRhe falling edge is not sharp.For some applica— tions like optical filtering,it is desired to achieve
can

itself defined
as
the field coupling coefficient for
or-
be designed to be 0.45,0.09,0.05,0.05,0.09,and 0.45,respectively.In
der to achieve the sufficient power coupling coefficient of 0.45 the side-microring,one usually coupler.This
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
果,也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同
工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。
硅基微环谐振器特性研究及其应用
论文作者签名:瞌盥袅
指导教师签名:
论文评阅人1: 评阅人2: 评阅人3:
匿名评审1 匿名评审2 匿名评审3 匿名评审4 匿名评审5
评阅人4:
评阅人5:
答辩委员会主席: 委员1:
委员2: 委员3: 委员4: 委员5:
何建军
陆璇辉
戴道锌 程成 乐孜纯
答辩日期:
兰Q查:圣:!≥
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