新型硅基光子晶體調(diào)制器研究.pdf

1、硅被認(rèn)為是集成光電子技術(shù)重要材料的歷史并不長(zhǎng)，但在硅材料上制作光器件可以較好的和成熟的CMOS工藝相兼容，有利于將來(lái)光電子器件的單片集成。在硅基光電子技術(shù)領(lǐng)域中，光調(diào)制器作為重要的有源光電子器件，硅調(diào)制器卻受限于硅的自由載流子色散效應(yīng)，其調(diào)制速度和尺寸都受到限制。電光聚合物具有很高的線性電光系數(shù)和極高的響應(yīng)速度，通過(guò)把電光聚合物填充到狹縫波導(dǎo)中，可以在低折射率區(qū)(聚合物區(qū))實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度光場(chǎng)聚集，這種結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到調(diào)制器中將有助于實(shí)現(xiàn)大帶寬和

2、低調(diào)制電壓。
　　 傳統(tǒng)光調(diào)制器受限于普通波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，很難實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)級(jí)的集成。隨著硅基納米結(jié)構(gòu)制造工藝的不斷進(jìn)步，波長(zhǎng)量級(jí)或亞波長(zhǎng)量級(jí)周期性結(jié)構(gòu)，即光子晶體，在控制光傳輸方面越來(lái)越引起廣泛的關(guān)注。光子晶體波導(dǎo)通過(guò)光子帶隙對(duì)光的傳輸限制，通過(guò)在光子晶體中引入線缺陷或點(diǎn)缺陷，可以實(shí)現(xiàn)光的傳播或局域化。
　　 本論文結(jié)合硅基光子晶體結(jié)構(gòu)，狹縫結(jié)構(gòu)和電光調(diào)制，對(duì)新型的調(diào)制器提出自己的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)嘗試，基于平面波展開(kāi)法和三維時(shí)域有限差

3、分法，主要在以下四個(gè)方面做出有創(chuàng)新意義的理論工作：
　　 1.提出新型基于水平狹縫平板二維光子晶體結(jié)構(gòu)的調(diào)制器。器件通過(guò)控制狹縫中聚合物電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能。水平狹縫平板結(jié)構(gòu)用來(lái)在與光傳播垂直方向限制導(dǎo)模，這不同于普通光子晶體結(jié)構(gòu)在垂直截面利用折射率差的導(dǎo)光模式。光子晶體線缺陷波導(dǎo)利用其慢波效應(yīng)，并在水平方向限制導(dǎo)模。
　　 2.提出新型的基于水平狹縫周期性介質(zhì)波導(dǎo)諧振腔的電光調(diào)制器。諧振光模式在垂直方向通過(guò)水平狹縫結(jié)構(gòu)

4、限制，在水平方向通過(guò)光子禁帶進(jìn)行限制。器件通過(guò)填在狹縫中的電光聚合物實(shí)現(xiàn)快速高效調(diào)制功能。我們提出的諧振腔結(jié)構(gòu)工作在準(zhǔn)TM模式。分析表明采用此新結(jié)構(gòu)的調(diào)制器具有極低的調(diào)制電壓，超短的長(zhǎng)度和100GHz的帶寬。
　　 3.提出新型的基于垂直狹縫周期性介質(zhì)波導(dǎo)諧振腔的電光調(diào)制器。我們首次提出了該納米諧振腔結(jié)構(gòu)，并對(duì)其光學(xué)特性進(jìn)行較詳細(xì)的分析。狹縫貫穿諧振腔和布拉格反射壁區(qū)域，研究表明其有較高的品質(zhì)因數(shù)和極小的模式體積。調(diào)制器工作在準(zhǔn)

5、TE模式，有小的調(diào)制電壓、器件尺寸和大的調(diào)制帶寬。
　　 4.通過(guò)結(jié)合周期性介質(zhì)波導(dǎo)、二維平板光子晶體結(jié)構(gòu)和垂直、水平狹縫結(jié)構(gòu)的思路，系統(tǒng)分析了前面提出的幾種新型波導(dǎo)和諧振腔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為今后研究方向提出新的思路。相對(duì)于不帶狹縫的周期性介質(zhì)波導(dǎo)諧振腔，水平狹縫的加入對(duì)原來(lái)諧振腔的影響較垂直狹縫小，品質(zhì)因數(shù)因此也比加入垂直狹縫的諧振腔更大。水平狹縫周期性介質(zhì)波導(dǎo)諧振腔較大的高寬比使其對(duì)制作工藝的要求更高，而垂直狹縫周期性介質(zhì)波導(dǎo)諧振