鍺硅光波導(dǎo)及光器件的研究.pdf

1、本文主要對SiGe光波導(dǎo)及光器件進(jìn)行了理論分析、設(shè)計(jì)模擬和流片測試。在對SiGe光波導(dǎo)進(jìn)行數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了SiGe-OI和SiGe-SOI光波導(dǎo)，并基于SiGe-OI光波導(dǎo)對SiGe-OI的光器件進(jìn)行了研究，最后制作了SiGe-SOI光波導(dǎo)，并對其性能進(jìn)行了測試分析。
　　 首先對波導(dǎo)的理論分析方法進(jìn)行了分析，選擇EIM算法和二維FDTDM算法相結(jié)合的數(shù)值分析方法對SiGe光波導(dǎo)進(jìn)行分析，既縮短了模擬計(jì)算所用的時(shí)間，又提

2、高了模擬計(jì)算的精度。
　　 提出了百納米SiGe-OI脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，建立了百納米SiGe-OI和SiGe-SOI脊形光波導(dǎo)模型，并對其模場、有效折射率、單模單偏特性、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)、波長以及Ge含量參數(shù)進(jìn)行了分析；從傳輸損耗和耦合損耗兩個方面對SiGe光波導(dǎo)的損耗進(jìn)行了分析，在傳輸損耗的分析中，重點(diǎn)對散射損耗和彎曲損耗進(jìn)行了分析，通過SiGe-OI、SiGe-SOI和SOI光波導(dǎo)三者的損耗對比，得出了SiGe-OI光波導(dǎo)損耗最小

3、的結(jié)論；在耦合損耗中重點(diǎn)對模場失配損耗進(jìn)行了分析，給出了采用錐形光纖與倒錐形波導(dǎo)耦合來減小模場失配損耗的方案；通過Ge含量對SiGe-OI和SiGe-SOI波導(dǎo)特性的影響，優(yōu)化了SiGe-OI光波導(dǎo)的Ge含量，并提出了低Ge含量下，制作SiGe-SOI光波導(dǎo)對SiGe-OI光波導(dǎo)進(jìn)行驗(yàn)證的方案。
　　 在Y分支功率分配器理論分析的基礎(chǔ)上，建立了SiGc-OIY分支功率分配器結(jié)構(gòu)模型，重點(diǎn)對錐形過渡區(qū)和分支角進(jìn)行了分析、優(yōu)化，通過

4、SiGe-OI、SiGe-SOI和SOI三者Y分支功率分配器的性能比較，得出了利用SiGe-OI光波導(dǎo)制作的Y分支功率分配器性能要好于其他兩種材料Y分支功率分配器的結(jié)論；在模式正交性、完備性、耦合理論等理論分析的基礎(chǔ)上，建立了SiGe-OI定向耦合器結(jié)構(gòu)模型，重點(diǎn)對耦合區(qū)域進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過SiGe-OI、SiGe-SOI和SOI三者定向耦合器的一系列耦合特性的比較，得出了SiGe-OI和SiGe-SOI定向耦合器的性能略差于SOI的

5、結(jié)論，但是通過增大耦合系數(shù)、減小耦合間距和增大耦合波長的方式可以減小與SOI定向耦合器的性能差距。
　　 從微環(huán)諧振器原理和SiGe調(diào)制機(jī)理出發(fā)，建立了基于SiGe-OI微環(huán)諧振器的電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)模型，對其濾波特性、耦合特性、以及電學(xué)調(diào)制特性進(jìn)行了分析，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)和Ge含量對濾波性能和調(diào)制特性的影響，優(yōu)化了基于SiGe-OI微環(huán)諧振器的電光調(diào)制器的參數(shù)取值。
　　 根據(jù)現(xiàn)有的工藝條件，對SiGe-SOI光波導(dǎo)的工藝流程