硅基一維波導光柵的寬帶低色散慢光研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)微電子技術的發(fā)展,半導體材料線度的不斷減小會引起例如熱耗散、串擾等一系列問題,因此用光子替代電子用于信息的傳輸已成為目前認為最有效的解決辦法,也是當前的主流發(fā)展趨勢,硅基光子學正是研究光子作為信息載體的學科,其利用傳統(tǒng)的CMOS(Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor)工藝將微納器件集成,極大的提高了信息傳輸的速率。而硅基光子晶體慢光器件作為硅基集成中的關鍵器件,可用于光延遲、光緩存和光交

2、換和增強光學非線性,并具有寬帶的優(yōu)勢,可適合未來高速率光通信發(fā)展。但是傳統(tǒng)的二維光子晶體慢光波導具有結構復雜,工藝難度大的缺點,主要是實際工藝制作中孔壁的粗糙和錯位導致極大的散射損耗。為此,可以利用最簡單的一維光子晶體,即一維波導光柵來實現寬帶低色散的慢光,與傳統(tǒng)的二維光子晶體相比,一維波導光柵具有結構簡單、設計靈活、器件尺寸更小等優(yōu)勢,并避免了多排孔引入導致大的側壁散射損耗問題。
　　本論文在華中科技大學研究生創(chuàng)新基金項目“硅基

3、孔狀光柵的寬帶低色散慢光研究”和國家自然科學基金青年科學基金項目“光子晶體波導的慢波特性及其在集成化寬帶色散補償中的應用”的資助下主要做了如下工作:
　　(1)介紹了硅基光子學近年來的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢,特別是硅基慢光器件,包括硅基微環(huán)和硅基光子晶體的研究進展和應用,并對光子晶體的基本理論、慢光產生的原理和計算方法進行了逐一介紹。
　　(2)設計了一種簡單的一維光柵低色散慢光波導。通過在一維波導光柵中引入兩個納米狹縫(Slo

4、t),將原來集中在波導中央區(qū)域的光場耦合到兩側光柵齒內,增強光柵的布拉格的反射強度,進而減慢光速。最終實現了帶寬為13.2nm,群折射率達到13,最大色散值僅為3.38ps2/mm的慢光。利用時域有限差分法(FDTD)驗證了光脈沖傳輸的極小色散。
　　(3)利用最簡單的一維無孔波導光柵結構,實現了平帶慢光,即具有寬帶特性的慢光,其帶寬達到了10.3nm,群折射率達到18.3。另外,設計了一種階躍型喇叭口(Step Taper)過渡