论文题目: 三维集成多模干涉型光分束器的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 孙一翎
导师: 王明华
关键词: 三维集成光学,绝缘体上的硅材料,多模干涉耦合器,光分束器
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 传统的集成光学器件,大多是基于二维平面制作的,只能处理一维空间的光信号。而在实际中存在着大量数据流、图像处理、人工视觉、神经网络和光学并行运算等许多应用领域需要的是二维空间的光信息处理。要适应这些应用领域,必须发展三维集成光学。三维集成光学器件在保持二维集成的可靠性和结构稳定性基础上,可有效扩大单个芯片上的信道数,增加集成密度,缓和输入输出光纤连接或电子连接困难等问题。 基于自映像效应的多模干涉(MMI)耦合器具有结构紧凑、插入损耗低及容差性好等优点,被广泛地应用于集成光学回路中。但现有的多模干涉器大多是基于一维自映像效应。近年来,二维MMI耦合器受到普遍关注,其多模波导区在横截面两个方向上都支持多模,不仅保留了一维MMI耦合器的优点,还利用二维自映像效应将平面集成向空间集成拓展,大大提高集成度。 论文首先对一维MMI器件一般和重叠成像特性进行理论分析,系统地给出成像位置的表达式和成像规律,并推广得到了任意输入场位置和位置数大于1所对应的成像规律,为二维MMI器件的设计提供了理论基础。在此基础上对二维MMI器件一般成像特性进行理论分析,得出成像位置可以看成两个方向成像位置的组合,相位等于两个方向相位的和的成像规律。 论文系统分析了二维MMI器件的重叠成像现象。当输入场位置发生变化时,横截面上将产生一个或两个方向的重叠成像,可以实现一个或两个方向的非均匀分束。本论文首次推导了有关重叠像个数、位置、相位关系及强度分布的计算公式,总结出二维MMI器件重叠成像规律,并用导模传输分析法和BeamPROP软件验证了计算公式及成像规律的正确性。 论文设计、制作了基于SOI材料的三维集成多模干涉型光分束器,并在实验上首次实现了二维MMI光分束器。该器件在三维空间光互连、光同步、波分复用等方面有着诱人的应用前景。 对三维集成光学器件中常见的空间多波导进行理论分析。将平面波导耦合模理论推广到空间多波导之间的耦合,导出了空间多波导的耦合方程。利用该耦合方程对空间三波导和四波导进行求解,得出场分布的解析表达式,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果。 三维集成光分束器是三维集成光学的基本功能单元,论文在理论和实验上对三维集成多模干涉型光分束器进行了深入地研究,这些研究工作为三维集成光学及其器件的研究和发展打下重要基础。目前三维集成光学无论是理论还是实验都处于研究初期,今后一定会有更完善的理论结果、更多的材料及更新的器件涌现。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
§1.1 集成光学的发展现状
§1.2 三维集成光学的提出
§1.3 三维集成光学器件的发展现状
1.3.1 垂直倾斜波导连接法
1.3.2 键合法
§1.4 三维集成光分束器研究及进展
1.4.1 基于空间波导定向耦合的三维集成光分束器
1.4.2 基于Y分支的三维集成光分束器
1.4.3 基于多模干涉器的三维集成光分束器
1.4.4 飞秒激光直写技术制作的三维集成光分束器
1.4.5 键合三维集成光分束器
§1.5 本论文的工作意义和内容
1.5.1 论文的目的
1.5.2 论文的创新点
1.5.3 论文内容
参考文献
第二章 一维多模干涉耦合器
§2.1 自映像效应
§2.2 导模传输分析法
§2.3 多模干涉耦合器一般成像特性分析
2.3.1 多模干涉耦合器一般成像位置分析
2.3.2 多模干涉耦合器一般成像相位分析
§2.4 多模干涉耦合器重叠成像特性分析
2.4.1 出现重叠成像的条件
2.4.2 成像位置和成像个数
2.4.3 重叠像的强度、相位分析
2.4.4 出现重叠像相干相消的情况
2.4.5 特殊重叠成像
§2.5 小结
参考文献
第三章 二维多模干涉耦合器
§3.1 三维矩形波导的马卡梯里分析
§3.2 二维限制多模干涉耦合器工作原理
3.2.1 单像
3.2.2 多像
§3.3 二维多模干涉耦合器一般成像特性分析
§3.4 二维多模干涉耦合器重叠成像特性分析
3.4.1 x方向输入位置满足重叠成像条件
3.4.2 y方向输入位置满足重叠成像条件
3.4.3 两个方向输入位置都满足重叠成像条件
§3.5 基于二维多模干涉耦合器的功能性器件
3.5.1 区域调制型可调分光比分束器的分析
3.5.2 区域调制型可调分光比分束器的制作与测试
§3.6 小结
参考文献
第四章 器件特性分析、制作及测试
§4.1 器件设计
§4.2 器件特性分析
§4.3 器件制作工艺
4.3.1 基片和光刻版清洗
4.3.2 氧化工艺
4.3.3 光刻工艺
4.3.4 干法刻蚀和湿法修正
§4.4 测试前的准备工作
4.4.1 抛光工艺
4.4.2 输入光纤的腐蚀和端面处理
§4.5 器件测试
4.5.1 测试系统
4.5.2 测试结果
§4.6 小结
参考文献
第五章 空间多波导之间的耦合
§5.1 引言
§5.2 空间多波导的耦合方程
§5.3 空间多波导的耦合特例
5.3.1 空间三波导
5.3.2 空间四波导
§5.4 空间多波导调制特性研究
§5.5 小结
参考文献
第六章 总结和展望
§6.1 总结
§6.2 存在的问题与前景展望
参考文献
致谢
附录
发布时间: 2005-07-27
参考文献
- [1].WDM薄膜滤光片和分束器的设计与制造研究[D]. 李晓平.华中科技大学2005
- [2].硅基槽式纳米线紧凑型偏振分束器/旋转器机理的表征、模拟与设计[D]. 王嘉源.东南大学2017
- [3].基于耦合理论的微结构光纤及其应用研究[D]. 鹿文亮.北京交通大学2015
- [4].广义光子晶体器件设计及其导光特性研究[D]. 王林辉.山东大学2014
- [5].基于二维衍射理论与空间滤波原理的新型硅基无源光器件的研究[D]. 李春生.华中科技大学2017
- [6].电磁波单向导波及相关非互易功能器件研究[D]. 王卓远.浙江大学2013
- [7].光子晶体波导输出光分束与准直新结构设计及特性研究[D]. 张兰兰.哈尔滨工业大学2012
- [8].纳米压印技术及其在金属光栅偏振分束器和半导体激光器上的应用[D]. 王定理.武汉大学2010
- [9].金属—介质微纳复合结构及光子器件应用[D]. 郭欣.浙江大学2010
- [10].离子注入光学晶体波导结构的特性研究[D]. 赵金花.山东大学2011
相关论文
- [1].新型硅基集成光子器件的研究[D]. 周海峰.浙江大学2009
- [2].全内反射光开关列阵与多模光干涉器的集成化研究[D]. 尹锐.浙江大学2001
- [3].干涉型铌酸锂基集成光开关研究[D]. 卢山鹰.浙江大学2004
- [4].SOI集成光波导器件的基础研究[D]. 林志浪.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）2004
- [5].陈列波导光栅的理论建模与优化设计及其实验研究[D]. 戴道锌.浙江大学2005
- [6].平面波导光耦合器及基于耦合器的光器件的研制[D]. 肖悦娱.浙江大学2005
- [7].InP基量子阱电吸收行波光调制器的研制[D]. 周剑英.浙江大学2005
- [8].SOI-MMI光波导器件与光开关研究[D]. 贾晓玲.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）2005
- [9].多模干涉型光子晶体波导耦合系统的特性及其应用研究[D]. 于天宝.浙江大学2007
- [10].基于平面光波导的耦合/干涉型集成器件的研究[D]. 时尧成.浙江大学2008
标签：三维集成光学论文; 绝缘体上的硅材料论文; 多模干涉耦合器论文; 光分束器论文;