基于微环谐振器滤波特性的硅基光子器件研究

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1、⑧论文作者签名：塑!

2、丝指导教师签名：—车一论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4．评阅人5：答辩委员会主席：委员l：委员2：委员3：委员4．委员5：盘乏墼筮煎必盔囊掏理鲎障塞堑蜩猫冠楚空型魄土盥i趱盘丝刍焦丝撕彩可丛生童砀亟益生蛳粒丛猢霆缉匿名励．"7f，／7薇覆浙I破·劳税弓蚜．●，、物记∥教疆嘶银烀鼬白电3乡、杉穆觞敖嘏薪刀丸事锰酸娥戈咝卒_教硬；祈；z次岩钧趁搦亦彳教彼；薪组芡物舯勺答辩日期：至翌f生：!：‘——StudVonsilicon卫hotonicdevicesbasedonthefilterCnaraCterlStlCS0ImlCrorlngreS

3、0natorS⑧觚帅r，ssignature：—敝巫iLn●■oSUperVlS0r7SSlgnatUre：ExtemalReviewers：ExaminingCommittExaminingCommittDateoforaldefence：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位敝作者繇名阀

4、控签字吼如f牛年弓月6同学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝I江盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：州：l慢导师签名：签字R期：为f峰年弓月6同签字同期：桫≥y忙3月石同摘要半导体微电子行业经历了近50年的飞跃发展，如今在单个集成电路芯片上集成的逻辑门超过千万个。然而，长期以来光电子器件主要被III．V族材料所

5、统治，如何复制硅材料在微电子领域取得的巨大成功，使用这种间接带隙材料实现低成本、高密度集成的光子器件，是从事硅光子研究人员不懈努力的方向。绝缘衬底上硅(SOI，Silicononhlsulator)材料具有高折射率差，可在cMos(complementa珂．Metal．Oxide．semiconductor)兼容工艺下实现结构紧凑的光子器件。且硅材料具有良好的热光效应和等离子色散效应，可用来实现对光子器件的调谐控制。由环形光波导和直光波导耦合而成的微环谐振器是一个结构紧凑的光学滤波器，它可以用来构建多种不同用途的集成光学器件，包括光调制器、光开关、光插分复用器、光路由器

6、、光传感器等。本论文以硅基微环谐振器为基本单元，对利用其滤波特性构建的箱型滤波器、波长选择光路由器以及FaIlo谐振器进行了理论研究和实验验证。主要的内容包含以下几个方面：1．设计了半径为10岬的二阶、三阶硅基串联微环滤波器，采用cMOs兼容工艺完成器件的制作。测试结果表明，器件能实现箱型滤波特性。二阶串联硅基微环滤波器的下路谱线顶部平坦，带内的功率起伏仅有0．11dB左右，3dB带宽约为o．3l姗，消光比超过35dB，插损约为0．4dB。三阶微环滤波器下路端谱线3dB带宽为O．38Iml，插损小于0．9dB，消光比超过39．5dB。三阶微环滤波器在热电极控制下可以实现

7、整个FsR范围内的连续调节，热调谐效率为48．4mW／nm。动态响应特性测试结果显示，滤波器通道切换时间小于12．63¨s。2．对光互连网络中的核心器件光路由器进行了深入研究。通过构建八端口路由器为例，给出了一种利用无源微环上下话路滤波器构建N端口非阻塞波长选择光路由器的通用设计方法。设计并实现了基于硅材料的四端口波长选择路由器。在实验测试得到的光传输谱线中，可以观测到该四端口路由器的12条路由光链路，它可以支持包含4个广播模式在内的13个非阻塞工作状态，所有通道问最差串扰约为．10dB。在测试的光谱范围内，利用微环的梳妆滤波(comb6lter)浙江大学博士学位论文特

8、性能实现4组工作波长的同时路由，将器件的信息吞吐量提高4倍。为优化器件的串扰和插损，设计并实现了基于双环耦合交叉波导的硅基四端口路由器。测试结果显示，器件通道间最差的串扰大幅度降低，约为．21．56dB。部分光链路的插损可减小O．61dB。但该结构破坏了微环谐振器的comb特性，不可实现多组工作波长同时路由。因此，最后提出了性能更优越的基于串联双环箱型滤波器的硅基四端口波长选择路由器结构。3．研究了光谐振器中FaIlo谱线产生的原理，在s0I材料上实现了一个可以产生并控制Fano谱线形状的谐振系统。在这个系统中，Fallo谐振谱线来源于在