光子器件有限元法分析設(shè)計平臺及硅基微納光功分器的研究.pdf

1、隨著高速寬帶信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對高速寬帶光信號處理技術(shù)的需求日益凸顯?；诠庾蛹尚酒≒IC）的小型化緊湊型光節(jié)點、光信號處理子系統(tǒng)/模塊是實現(xiàn)先進(jìn)光網(wǎng)絡(luò)的核心與基礎(chǔ)。盡管PIC技術(shù)降低了模塊與子系統(tǒng)的成本與功耗，提高了器件的可靠性，但也大大增加了設(shè)計難度。為了實現(xiàn)“一次設(shè)計，制作成功”，必須研究精確的光波導(dǎo)分析方法和數(shù)值分析軟件，構(gòu)建通用且易于擴(kuò)展的光子器件分析設(shè)計平臺。
　　 本文深入研究了基于有限元法（FEM）的波導(dǎo)模式、

2、傳輸及帶隙理論模型。分別提出并建立了FEM-SIM（譜折射率法）、雙邊界FEM-BEM（邊界元法）算法模型，實現(xiàn)了光波導(dǎo)模式的快速高效分析。分別提出并建立了三維頻域有限元束傳播法（FEBPM）、基于時域有限元離散的兩維TD-FEBPM（時域有限元束傳播法）算法模型，提高了光波傳輸分析的精度。從微納帶隙光波導(dǎo)分析需求出發(fā)，引入有效原胞結(jié)構(gòu)，建立了高精度有限元帶隙模型。
　　 針對微納光波導(dǎo)關(guān)鍵部件及耦合封裝設(shè)計需求，本文提出并建立

3、了遺傳算法優(yōu)化模型。研制了基于以上各類算法的微波/光波波導(dǎo)有限元分析設(shè)計平臺。基于所建立的并行計算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)了大角度拐彎、直角分路、定向耦合、光束變換等核心單元以及高性能光波導(dǎo)器件的高效快捷優(yōu)化設(shè)計。
　　 針對當(dāng)前光纖到戶（FTTH）實際需求，本文提出并優(yōu)化設(shè)計了一種基于多模干涉（MMI）直角分路單元的緊湊型硅基亞微米1×N光功分器，基于CMOS工藝，研制出1×32光功分器芯片。測試結(jié)果表明，該芯片功分均勻，光波波導(dǎo)有限元