SOI硅基串聯(lián)對稱三環(huán)光微諧振-濾波器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、微環(huán)結(jié)構(gòu)作為光路中一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，功能多樣化的基本單元，已成為構(gòu)建全光通信的重要模塊。最初以單環(huán)為基礎(chǔ)的諧振/濾波特性研究已經(jīng)被擴展，產(chǎn)生了利用多個微環(huán)多級級聯(lián)獲得高階濾波的方法。諧振特性對波長非常敏感，由于微環(huán)結(jié)構(gòu)上的原因，對工藝帶來了較高要求，要求對環(huán)形波導(dǎo)和耦合區(qū)進行合理設(shè)計及精確制作。
　　 論文主要內(nèi)容如下：
　　 (1)在脊型波導(dǎo)理論分析的基礎(chǔ)上，提出了一種近似亞微米級小截面脊型光波導(dǎo)單模條件。在單模條件下

2、，公式推導(dǎo)了脊型波導(dǎo)內(nèi)脊寬度w的顯式、內(nèi)脊高度H的表達式以及外脊高度h與波導(dǎo)寬度w關(guān)系式。在脊型波導(dǎo)的初次設(shè)計中，可利用第二章推導(dǎo)的公式簡潔有效的設(shè)計。
　　 (2)本文為單環(huán)、串聯(lián)雙環(huán)以及串聯(lián)三環(huán)結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，公式推導(dǎo)了單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)的輸入輸出傳輸函數(shù)顯式，并通過顯式計算了耦合系數(shù)七的范圍(這兩個步驟使得后續(xù)仿真部分不再盲目試驗)。第三章通過計算分析串聯(lián)對稱三環(huán)光微諧振/濾波器主通道與下路通道光譜振幅與光強輸出方程，分析

3、了主通道諧振點、消光比、3dB帶寬等濾波特性，并討論了微環(huán)損耗對其濾波特性的影響。分析表明，串聯(lián)對稱三環(huán)光微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)對損耗系數(shù)及耦合系數(shù)變化表現(xiàn)比單環(huán)結(jié)構(gòu)與雙環(huán)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，具有較好的帶寬特性，可作為寬帶濾波的選擇方案，第三章篇末設(shè)計了串聯(lián)對稱三環(huán)光微諧振/環(huán)濾波器的主要參數(shù)。
　　 (3)第四章應(yīng)用耦合模理論得到下述判斷：由數(shù)學(xué)分析可知，直接使用耦合模理論計算波導(dǎo)與波導(dǎo)之間的耦合系數(shù)是相當(dāng)困難的。所以，用計算推導(dǎo)的方法得到

4、耦合距離與耦合系數(shù)的關(guān)系式也非常困難。在分析了微環(huán)脊型波導(dǎo)耦合過程之后，用軟件仿真的方法確定耦合距離gap的大小。
　　 (4)串聯(lián)三環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過對三環(huán)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計，結(jié)合數(shù)值計算和仿真試驗，給出按照w、k、gap的順序的通用設(shè)計方法，使得此類設(shè)計問題有較為有效的設(shè)計方法可循。第五章理論上得到下述設(shè)計參數(shù)：直波導(dǎo)和環(huán)間的耦合系數(shù)k1=0.4；環(huán)與環(huán)間耦合系數(shù)k2=0.07。在實際工藝下結(jié)合仿真結(jié)果確定直波導(dǎo)與環(huán)間耦合距離0