SOI多模干涉型馬赫-曾德光開關(guān)機(jī)理研究.pdf

1、光電子器件的發(fā)展與應(yīng)用推動著光通信系統(tǒng)的進(jìn)步,SOI(Silicon on insulator)光波導(dǎo)技術(shù)具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能,并且與成熟的硅基CMOS工藝完全兼容,是發(fā)展低成本光子集成回路的重要趨勢之一。光耦合器和光開關(guān)都是密集波分復(fù)用(DWDM)光通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件。基于自鏡像效應(yīng)(SIE)的多模干涉(MMI)波導(dǎo)型光耦合器具有結(jié)構(gòu)緊湊、插入損耗低、頻帶寬、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn),日益得到重視。本文圍繞基于SOI單模脊形光

2、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的MMI耦合器、光微環(huán)諧振器和馬赫-曾德光開關(guān)展開研究工作。 本文首先對光耦合器、微環(huán)諧振結(jié)構(gòu)和SOI技術(shù)的基本概念、國外國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景做了簡單的介紹。分析比較了幾種主要數(shù)值計(jì)算方法：光束傳播法(Beam Propagation Method,BPM)、時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)、有效折射率法(Effective Refractive In

3、dex Method,EIM)等。 然后介紹了單模SOI脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論,同時(shí)結(jié)合有效折射率方法設(shè)計(jì)出滿足單模傳輸?shù)腟OI光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù),并利用BPM對設(shè)計(jì)的波導(dǎo)進(jìn)行理論驗(yàn)證,其結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)合理可行。接下來概述了多模干涉自鏡像效應(yīng)的原理和研究方法,分別分析了普通多模干涉自鏡像效應(yīng)和重疊多模干涉自鏡像效應(yīng),設(shè)計(jì)并優(yōu)化了兩種2×2多模干涉耦合器：1)多模區(qū)長、寬分別為41.8μm、6μm,插入損耗0.110dB,

4、分光比為0.49:0.49的3dB型耦合器；2)多模區(qū)長、寬分別為88.5μm、4μm,插入損耗0.058dB,分光比為0.83:0.12的85:15型耦合器。 在上述分析設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開展了基于MMI耦合器的光微環(huán)諧振腔的研究,并對波導(dǎo)諧振環(huán)模型多個(gè)參數(shù)進(jìn)行了仿真模擬,得出了一系列輸出端口光功率的變化規(guī)律。同時(shí),應(yīng)用FDTD算法模擬了SOI材料的折射率細(xì)微變化所引起的諧振波長偏移性能,以及諧振波長偏移量隨折射率變化量的曲線關(guān)系,