基于SOI的声光调制器件的研究

摘要

声光器件特别是硅基声光器件在集成光学领域有重大的意义，其具有体积小、驱动功率低、易于集成等特点，被广泛应用于光通信、光传感、光信息处理等领域，尤其是表面波型声光器件因为其独特的优势越来越受到人们的重视，随着光集成技术的发展，声光器件也在向集成化、小型化、功能化方向发展。
　　基于以上思想，本文的目的在于:硅基上声光调制器件的研究，重点研究了基于SOI的Mach-Zehnder声光调制器，具体研究内容如下：
　　1.从声光调制器的基本理论出发，分析了声波激发过程中应用的压电效应及叉指电极的设计方法，并且详细介绍了声表面波的基本理论及其激发原理，阐述了声光效应的基本原理。
　　2.阐述Mach-Zehnder声光调制器的基本原理，提出一种改进的Mach-Zehnder声光调制器设计方案，采用COMSOL Multiphysics模拟软件，首先对新提出的结构进行分析;进而研究了波导类型、波导宽度、氧化锌厚度及叉指对数等因素对声光调制效率的影响，并对声光调制器的结构参数进行了优化以提高其性能。仿真结果表明，当条波导宽度为6μm，氧化锌只覆盖有叉指电极的部分且厚度为2.2μm，控制叉指电极数目为50对时，波导有效折射率变化在驱动电压为1V时可以达到4.08*10-4，比传统结构提高了12％。为了使调制效果更加的明显及测试损耗等相关参数，设计了一种环形谐振腔声光调制器。
　　3.开展了硅基声光调制器的实验设计，介绍了实验过程中需要用到的工艺，在流片的基础上采用两次套刻、两次溅射、两次剥离的工艺，制作出声光调制器，初步实验结果证实，Mach-Zehnder声光调制器的叉指电极由于长宽比大于100，所以制作过程中断指连指现象比较严重。进而研究环形谐振腔声光调制器，通过测试谱线可以推出氧化锌薄膜折射率为1.72，并且拟合实验测试结果得到微环长完氧化锌后的损耗，环形谐振腔声光调制器中叉指电极能激发出声表面波，测其中心频率为230MHz。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 声光调制器件的国内外研究现状

1．3 声光器件的应用

1．3．1 声光调制器

1．3．2 声光频谱分析器

1．3．3 共线性声光器件

1．3．4 硅基声光器件

1．4 本论文的研究内容与主要目的

参考文献

第2章 声光调制器的理论研究

2．1 声表面波的基本原理

2．1．1 压电效应

2．1．2 叉指电极的设计方法

2．1．3 声表面波的激励和传播

2．2 声光效应

2．3 本章小结

参考文献

第3章 基于SOI的声光调制器设计

3．1 引言

3．2 改进型Mach-Zehnder声光调制器的基本原理

3．3 改进型Mach-Zehnder声光调制器的COMSOL仿真

3．3．1 声学模块仿真

3．3．2 光学模块仿真

3．4 改进型Mach-Zehnder声光调制器的优化设计

3．4．1 波导宽度对有效折射率差值的影响

3．4．2 氧化锌厚度对有效折射率差值的影响

3．4．3 叉指电极的对数对有效折射率差值的影响

3．4．4 声光调制器件调制效率的比较

3．5 环形谐振腔声光调制器的设计

3．6 本章小结

参考文献

第4章 基于SOI的声光调制器的制作与测试

4．1 器件基本制作工艺的介绍

4．1．1 磁控溅射工艺

4．1．2 套刻

4．1．3 电子束蒸发

4．2 实验测试平台软件的设计

4．2．1 LabVIEW简介

4．2．2 实验平台设备简介

4．2．3 测试程序的设计

4．3 声光调制器的制作流程

4．4 声光调制器的表征与测试

4．4．1 实验制作过程表征

4．4．2 声光调制器测试与分析

4．5 本章小结

参考文献

第5章 总结与展望

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢