硅基一維波導(dǎo)光柵的寬帶低色散慢光研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)微電子技術(shù)的發(fā)展,半導(dǎo)體材料線度的不斷減小會(huì)引起例如熱耗散、串?dāng)_等一系列問題,因此用光子替代電子用于信息的傳輸已成為目前認(rèn)為最有效的解決辦法,也是當(dāng)前的主流發(fā)展趨勢(shì),硅基光子學(xué)正是研究光子作為信息載體的學(xué)科,其利用傳統(tǒng)的CMOS(Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor)工藝將微納器件集成,極大的提高了信息傳輸?shù)乃俾?。而硅基光子晶體慢光器件作為硅基集成中的關(guān)鍵器件,可用于光延遲、光緩存和光交

2、換和增強(qiáng)光學(xué)非線性,并具有寬帶的優(yōu)勢(shì),可適合未來高速率光通信發(fā)展。但是傳統(tǒng)的二維光子晶體慢光波導(dǎo)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工藝難度大的缺點(diǎn),主要是實(shí)際工藝制作中孔壁的粗糙和錯(cuò)位導(dǎo)致極大的散射損耗。為此,可以利用最簡(jiǎn)單的一維光子晶體,即一維波導(dǎo)光柵來實(shí)現(xiàn)寬帶低色散的慢光,與傳統(tǒng)的二維光子晶體相比,一維波導(dǎo)光柵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、器件尺寸更小等優(yōu)勢(shì),并避免了多排孔引入導(dǎo)致大的側(cè)壁散射損耗問題。
　　本論文在華中科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目“硅基

3、孔狀光柵的寬帶低色散慢光研究”和國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“光子晶體波導(dǎo)的慢波特性及其在集成化寬帶色散補(bǔ)償中的應(yīng)用”的資助下主要做了如下工作:
　　(1)介紹了硅基光子學(xué)近年來的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì),特別是硅基慢光器件,包括硅基微環(huán)和硅基光子晶體的研究進(jìn)展和應(yīng)用,并對(duì)光子晶體的基本理論、慢光產(chǎn)生的原理和計(jì)算方法進(jìn)行了逐一介紹。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的一維光柵低色散慢光波導(dǎo)。通過在一維波導(dǎo)光柵中引入兩個(gè)納米狹縫(Slo

4、t),將原來集中在波導(dǎo)中央?yún)^(qū)域的光場(chǎng)耦合到兩側(cè)光柵齒內(nèi),增強(qiáng)光柵的布拉格的反射強(qiáng)度,進(jìn)而減慢光速。最終實(shí)現(xiàn)了帶寬為13.2nm,群折射率達(dá)到13,最大色散值僅為3.38ps2/mm的慢光。利用時(shí)域有限差分法(FDTD)驗(yàn)證了光脈沖傳輸?shù)臉O小色散。
　　(3)利用最簡(jiǎn)單的一維無孔波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了平帶慢光,即具有寬帶特性的慢光,其帶寬達(dá)到了10.3nm,群折射率達(dá)到18.3。另外,設(shè)計(jì)了一種階躍型喇叭口(Step Taper)過渡