微环谐振腔在硅基光子集成器件中应用的研究

摘要

信息技术的发展使得人类的生活发生了巨大的变化，信息数据大批量增加，对信息容量、速度以及成本等都有更高的要求。硅基光电集成技术以其先进成熟的CMOS工艺技术、价格低廉、带宽大、损耗低以及抗干扰性的优势，成为了当前研究热点。针对硅基片上光电集成技术的发展和重大应用背景，利用硅基光波导器件与发光材料混合集成，开展可用于片上光互连的高性能光源及光子集成器件有着非常重要的意义，是国家的重大需求所在。本文以硅基微环谐振腔为基本单元，利用其体积小、结构简单、易调谐等特性，构建了几种可用于硅基混合外腔激光器的可调谐微环反射腔镜，搭建了硅基混合外腔激光器，研制了一种基于微环耦合系数可调与MZI混合结构的带宽可调滤波器，并对这些结构进行了理论研究和实验验证。
　　本研究主要内容包括：⑴利用微环谐振腔的可调特性和滤波特性，结合片上光互连用光源对谐振腔单色性、可调谐性等要求，本论文设计并实验制作了五种基于单环的反射腔镜和三种基于双环的反射腔镜。实验测得反射率最高为95％，最低为80%，均可以满足硅基混合外腔激光器对谐振腔的要求，并讨论分析了影响器件反射率的因素。⑵采用RSOA与实验制作的几种硅基微环外谐振腔相结合，实现了硅基混合外反射腔型激光器和可调谐激光器，激光器输出功率达到mW量级，边模抑制比均在30 dB以上。通过对谐振腔的热电极加热可实现一个FSR范围的波长调谐，中心波长可调谐效率为6.4mW/nm。⑶利用耦合模理论和微环谐振腔的可调特性及相干叠加特性，提出了一种基于微环耦合系数可调和MZI混合结构的带宽可调滤波器，并对微环耦合系数可调和 MZI混合结构实现带宽可调的原理进行了详细的理论分析，对出现的Fano现象进行了仿真分析和实验论证。实验制作的器件尺寸为1.25mm×0.8mm，测试结果可得其带宽可调范围为0.46nm~3.09nm(57.5GHz~386.25GHz)。

目录

声明

第1章绪论

1.1 引言

1.2 硅基光集成器件的研究现状和发展

1.3 硅基混合激光器的研究现状和发展趋势

1.4 本文工作的创新点和主要内容

参考文献

第2章硅基微环谐振腔的基本特性

2.1 引言

2.2硅基微环谐振腔概述

2.3硅基微环谐振腔的性能分析

2.4小结

参考文献

第3章可用于硅基混合外腔激光器的反射腔镜的研究

3.1 引言

3.2 基于单环的反射腔镜

3.3基于双环的反射腔镜

3.4 总结

参考文献

第4章可调谐硅基混合外腔激光器

4.1 引言

4.2 硅基混合外腔激光器的发展现状

4.3 可调谐硅基混合外腔激光器系统的搭建与测试

4.4 小结

参考文献

第5章基于微环耦合系数可调和MZI混合结构的带宽可调滤波器

5.1硅基带宽可调滤波器的发展现状

5.2基于微环耦合系数可调和MZI混合结构的带宽可调滤波器

5.3小结

参考文献

第6章总结与展望

6.1总结

6.2工作中的不足与展望

作者简历及攻读博士学位期间的研究成果

致谢