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光子集成中的MMI型环形波导谐振腔的特性分析及结构设计

作 者: 马艳华
导 师: 任晓敏
学 校: 北京邮电大学
专 业: 电磁场与微波技术
关键词: 光子集成(PICs) 环形波导谐振腔 传输矩阵法 MMI耦合器 湿法刻蚀
分类号: TN256
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
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引 用: 1次
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内容摘要


本论文工作是围绕国家“973”计划项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号:2003CB314900)展开的。光子集成器件相对于分立器件具有尺寸小、成本低、性能优越和可靠性高等诸多优点,已成为光通信和光电子领域科学家关注的研究热点。光子集成技术的进步一方面依赖于半导体工艺水平的提高,另一方面则需要新结构器件的提出及运用。环形波导谐振腔具有尺寸小,结构简单,利于集成,可实现功能多等优点,在未来高密度、大规模的光子集成器件中有很好的应用前景。本文对多模干涉(MMI)型环形波导谐振腔的特性进行了详细的理论分析,设计出了InP/InGaAsP多层结构的MMI型环形波导谐振腔,并初步摸索了它的制备工艺。论文的主要工作内容如下:1.系统总结了目前主要的光子集成技术,介绍了环形波导谐振腔的原理、性能指标及其在光子集成器件中的应用,阐述了多模干涉(MMI)结构的原理与应用;2.在传统传输矩阵分析法的基础上引入MMI耦合器的功率损耗系数,分别推导出单环与串联双环的传输函数的通用公式,并讨论了环形波导的传输损耗系数、等效折射率、MMI耦合器的损耗系数、耦合系数与环形波导半径等参数对输出频谱特性的影响;3.设计MMI型环形谐振腔的外延层及波导结构并进行分析,满足了波导的单模传输、低偏振以及与单模光纤的高效耦合的要求,同时,对MMI耦合器进行设计以获得自由分光比,并对多种设计方法进行分析与比较;4.对设计的器件进行湿法刻蚀试验。首先进行腐蚀液的选取及其对不同材料腐蚀速度的测试,然后根据得到的腐蚀时间对器件进行光刻及腐蚀,最后对实验所得结果进行原因分析。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 InP基光子集成技术  10-14
    1.1.1 InP基光子集成技术简介  10-11
    1.1.2 InP基光子集成技术的发展现状  11-14
  1.2 环形波导谐振腔  14-17
    1.2.1 环形波导谐振腔简介  14-15
    1.2.2 环形波导谐振腔在光子集成中的应用  15-17
  1.3 论文结构安排  17-18
  参考文献  18-22
第二章 环形波导谐振腔的原理及其性能指标  22-32
  2.1 环形波导谐振腔的原理  22-25
    2.1.1 环形波导谐振腔工作原理  22
    2.1.2 环形波导谐振腔分类  22-23
    2.1.3 环形波导谐振腔性能指标  23-24
    2.1.4 环形波导谐振腔波导材料选择  24-25
    2.1.5 环形波导偕振腔的分析方法  25
  2.2 MMI的工作原理及应用  25-29
    2.2.1 MMI的工作原理  26-27
    2.2.2 MMI的应用  27-29
  参考文献  29-32
第三章 MMI型环形波导谐振腔的特性分析  32-53
  3.1 对传统的传输矩阵法进行修正  32
  3.2 单环波导谐振腔(一环一MMI)的特性分析  32-40
    3.2.1 传输函数的推导  32-33
    3.2.2 谐振点处特性分析  33-34
    3.2.3 环形谐振腔各参数对传输函数的影响  34-40
    3.2.4 结论  40
  3.3 串联双环波导谐振腔(两个环形波导三个MMI)的特性分析  40-51
    3.3.1 下路通道传输函数的推导  40-43
    3.3.2 传输特性影响参数分析  43-50
    3.3.3 结论  50-51
  参考文献  51-53
第四章 MMI型InP/InGaAsP环形波导谐振腔的波导设计  53-65
  4.1 环形谐振腔的外延层设计与波导结构选择  53-54
  4.2 环形谐振腔端口的设计  54-56
    4.2.1 单模传输  55
    4.2.2 偏振不敏感  55-56
    4.2.3 与光纤低损耗耦合  56
  4.3 MMI耦合器结构的设计  56-63
    4.3.1 角型MMI耦合器  57
    4.3.2 中间带有间隙的多模波导结构  57-59
    4.3.3 MMI—MZI结构  59-60
    4.3.4 改变MMI波导的长度  60-61
    4.3.5 在MMI两波导臂之间的部分刻槽  61-63
    4.3.6 结论  63
  参考文献  63-65
第五章 MMI型InP/InGaAsP环形波导谐振腔的制备  65-75
  5.1 刻蚀工艺简介  65
  5.2 湿法刻蚀环形波导谐振腔  65-73
    5.2.1 InP/InGaAsP系材料的腐蚀液选择、溶液配比以及腐蚀速度测试  65-69
    5.2.2 环形腔的初步腐蚀  69-73
  5.3 结论  73
  参考文献  73-75
致谢  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 集成光学器件
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