论文摘要
21世纪的社会是一个高度信息化的社会,其目标是实现3T:Tbit的单片存储器存储容量,Tbit/s的信息传输速率,T次/s的单个计算机处理速度,传统的电子技术很难实现这一目标。光子技术能很好的突破传统电子行业的瓶颈。InP材料作为光子技术的一种基本材料,其材料带隙为直接带隙,在有源方面具有天然的优势。基于InP材料的微环谐振器,具有端面无须镀膜,以及半导体光放大器（SOA）的高非线性的特点,是实现全光信号处理,光计算,光集成的理想基元器件。国外对本器件开展了广泛的研究,而国内研究少之又少。本论文作者基于分岔理论,延拓法对耦合型InP基微环谐振器的核心物理机制-多双稳态,以及多稳态进行了深入研究,并设计制作了各种拓扑结构的InP基微环谐振器,另外构建有源器件测试平台,对部分器件进行了相关测试。本论文取得的研究成果如下：（1）分析了并联型InP基有源微环的稳态特性。本论文作者基于分岔理论及延拓法,对该器件的多稳态及多双稳态特性进行了分析,发现了各种新颖的稳态种类,并进行了命名。其中发现的新颖多双稳态包括帽型,刀型,S型蝴蝶,反相双S型多双稳态,而多稳态方面则包括反相双S型三稳态,啄木鸟型三稳态,蚱蜢型三稳态,鸭子型三稳态,伪四稳态。另外还发现这些稳态的种类以及跳变阈值等,可以通过改变注入电流以或者上载段偏置的连续光光功率来实现调节。该调节功能有助于提高实际制作器件时的工艺容忍度。（2）分析了InP基串联型有源微环的稳态特性。对于该结构,发现改变不同耦合区的耦合系数,在该结构的下载端,只能观察到由多个逆时针磁滞环级联而成的多双稳态。当改变输入信号的波长时,伪四稳态会出现在该器件中,而当我们改变偏置的连续光光功率或者注入的电流时,发现只有磁滞环的个数及阈值发生变化。（3）设计了各种各种耦合系数的40GHz单环,并联型微环,串联型InP基微环谐振器,以及二阶积分器。（4）制作了设计的各种拓扑结构的InP基微环谐振器。完成了从晶圆清洗到N型电极蒸镀的整个流程。对于基于磁增强型反应离子刻蚀（MERIE）的二氧化硅掩模刻蚀,本论文作者进行了工艺摸索,发现在CHF3,以及02配比为70sccm, lsccm情况下,射频（RF）功率80W下,能实现81度的垂直侧壁；并采用ICP进行后续的刻蚀,验证了该参数的有效性；本论文作者制作了各种缝隙宽度的40GHz单环,并联型微环,串联型微环,以及二阶积分器,不同宽度的直波导。（5）简单封装管芯,并构建有源器件测试平台,实验测试了2.5,2.0μm的直波导,以及FSR为40GHz,波导宽度为2.0μm的上下载型微环的光学以及电学特性。在2.5μm波导中成功观测到了激射。对于宽度为2.0μm的直波导,由于损耗高于2.5μm的直波导,在同等注入电流下,只观测到了放大性白发辐射（ASE）噪声输出。由于湿法腐蚀的侧向腐蚀,InP基微环谐振器的部分区域形成了切齿,从而导致后续的电极溅射,金属无法溅射到,剥离时该区域波导电极被剥离掉,因此微环损耗比较大,在散热允许的注入电流下,只观测到了自发辐射输出。
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