SOI平板光子晶体慢光波导

论文摘要

慢光波导是一种可以控制光波传输群速度的波导结构,由于光群速度的减慢等效于波矢空间光子态密度的增加,慢光技术在光信号处理、非线性光电子器件以及光子集成技术中有着重要的应用。本论文以实现可集成的慢光波导为目标,研究利用SOI平板光子晶体波导中的异常色散效应实现慢光。就结构设计、制备工艺、测试方法、慢光延时应用等关键问题,从理论和实验上展开了研究。论文的成果如下:优化设计了SOI平板光子晶体慢光波导的结构,研究了SOI平板光子晶体波导的制备工艺流程,确立空气桥结构的制备工艺,成功研制出高质量的平板光子晶体波导。设计了条形接续波导的宽度,降低了拉锥光纤与条形波导的耦合损耗;设计了条形波导和光子晶体波导之间的接口,降低了慢光波段条形波导与光子晶体波导的耦合损耗,当群速度vg=c/50时,该耦合损耗小于3dB。研究了光纤与波导的耦合测试方法,编写了测试平台自动控制软件,大大缩短耦合测试时间。测试出光子禁带和缺陷模式,论证了缺陷模式导光。利用光纤马赫曾德尔干涉仪的方法,测量出了光子晶体波导中慢光的群速度,达到真空光速的1/80。研究了光子晶体慢光波导的时域延时特性,利用慢光对调制在光上的电信号进行延时。理论分析计算了调制信号的延时和畸变。实验实现了10GHz微波调制信号25ps的可调延时。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 SOI 光子晶体慢光波导的研究意义
• 1.1.1 SOI 集成光波导概述
• 1.1.2 慢光概述
• 1.1.3 SOI 光子晶体慢光波导的研究意义
• 1.2 论文的主要内容和成果
• 第2章 理论分析与结构设计
• 2.1 光子晶体波导和条形波导的理论分析计算方法
• 2.1.1 平面波展开法
• 2.1.2 时域有限差分法
• 2.1.3 电磁场有限元法
• 2.1.4 二维等效折射率法
• 2.2 平板光子晶体波导的模式分析和参数设计
• 2.3 降低耦合损耗的设计
• 2.3.1 拉锥光纤与条形波导的耦合设计
• 2.3.2 条形波导与光子晶体波导的耦合设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 制备工艺和测试方法研究
• 3.1 SOI 平板光子晶体波导的制备工艺
• 3.2 平板光子晶体波导的测试方法
• 3.2.1 光子晶体波导的耦合测试系统
• 3.2.2 耦合测试系统控制软件
• 3.2.3 耦合测试系统的扩展
• 3.3 平板光子晶体波导的制备和测试结果
• 3.3.1 完整平板光子晶体的制备和测试结果
• 3.3.2 二氧化硅包层光子晶体波导的制备和测试结果
• 3.3.3 空气桥结构光子晶体波导的制备和测试结果
• 3.3.4 光子晶体波导温度特性的分析测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 慢光群速度测试和时域延时特性研究
• 4.1 干涉法测量慢光群速度
• 4.1.1 干涉法测量群速度的理论依据
• 4.1.2 光纤MZ 干涉仪测量光子晶体波导群速度的实验
• 4.2 光子晶体波导慢光时域延时特性理论分析和实验研究
• 4.2.1 光子晶体波导慢光延时特性的理论分析
• 4.2.2 光子晶体波导慢光延时实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果