硅基微環(huán)諧振器的特性及應(yīng)用研究.pdf

1、波導(dǎo)器件的微型化、集成化和規(guī)模化已經(jīng)成為現(xiàn)代光電信息技術(shù)不斷發(fā)展的核心。絕緣襯底上硅的折射率差較大、約束電磁場的能力強，可作為微環(huán)諧振器的有效制作材料?；诮^緣體上硅的微環(huán)諧振器具有高品質(zhì)因數(shù)、尺寸小、高靈敏度、易于集成等優(yōu)點，其平面波導(dǎo)的納米量級結(jié)構(gòu)十分適用于大規(guī)模光電集成系統(tǒng)，被廣泛用于構(gòu)成各種功能器件，包括濾波器、傳感器、延遲線、邏輯門、調(diào)制器、緩存器、激光器、波分復(fù)用器等。另外，微環(huán)的諧振效應(yīng)可以提高其在傳感應(yīng)用領(lǐng)域方面的靈敏度

2、。
　　本文以濾波器、傳感器、慢光效應(yīng)為應(yīng)用背景，對微環(huán)諧振器的傳輸特性、延遲特性以及傳感應(yīng)用做了系統(tǒng)性的研究，主要完成以下幾個方面:
　　簡介硅基微環(huán)諧振器，論述微環(huán)諧振器的發(fā)展現(xiàn)狀、制造工藝、分類、應(yīng)用以及本文的選題背景。
　　基于耦合模式理論，來研究微環(huán)的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)直波導(dǎo)與彎曲波導(dǎo)的耦合關(guān)系，建立了全通型和上下話路型微環(huán)諧振腔的參量模型，推導(dǎo)器件的主要參數(shù)如消光比和品質(zhì)因數(shù)的表達式。
　　基于耦合模式理

3、論，利用傳輸矩陣法來研究多微環(huán)的理論基礎(chǔ)，分析彎曲波導(dǎo)之間的耦合關(guān)系，在之前的單微環(huán)基礎(chǔ)上解析級聯(lián)型以及陣列型微環(huán)諧振器的傳輸矩陣模型，解析多微環(huán)結(jié)構(gòu)的傳輸特性，分析微環(huán)結(jié)構(gòu)中的串聯(lián)個數(shù)、并聯(lián)個數(shù)、陣列行數(shù)奇偶性以及陣列微環(huán)列間距這四個方面對其傳輸特性的影響。
　　分析串聯(lián)微環(huán)個數(shù)對微環(huán)諧振器延遲特性的影響，然后深入研究耦合系數(shù)、環(huán)程傳輸系數(shù)分別對單微環(huán)、串聯(lián)微環(huán)的延遲特性的影響，發(fā)現(xiàn)多微環(huán)中的簡并現(xiàn)象。
　　利用微環(huán)諧振器

4、的諧振漂移效應(yīng)，深入研究基于微環(huán)的溫度傳感應(yīng)用。通過研究發(fā)現(xiàn)，微環(huán)的諧振波長與有效折射率成線性相關(guān)，而有效折射率會隨著溫度而做線性變化，因此，可以得到微環(huán)諧振器的諧振波長與溫度的關(guān)系。通過理論仿真，計算半徑為10μm上下話路型微環(huán)諧振器在不同溫度下的諧振波長，溫度調(diào)諧的靈敏度為100.73 pm/K，在50K的溫度變化范圍內(nèi)。在剖析以上關(guān)系的基礎(chǔ)上，還進一步研究了硅基微環(huán)的有效折射率和環(huán)程傳輸系數(shù)對諧振溫漂靈敏度的影響。然后研究了微環(huán)輸