基于磁光相移的微環(huán)器件特性研究.pdf

1、硅光子學(xué)的發(fā)展激發(fā)了人們對硅基光波導(dǎo)器件的研究以及設(shè)計(jì)多功能的光信號處理芯片和光通信器件。其中磁光硅基波導(dǎo)器件（如磁光隔離器）的研究是目前大規(guī)模集成芯片的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文基于磁光相移的原理，主要研究磁光硅基波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在微環(huán)中的應(yīng)用，分析磁光微環(huán)諧振器的磁場傳感特性和磁光Sagnac微環(huán)結(jié)構(gòu)的磁光開關(guān)特性。本文主要的內(nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　1.分析了三種磁化方向下磁光效應(yīng)對導(dǎo)波光傳播特性的影響，重點(diǎn)研究了水平和垂直兩種橫向磁化時(shí)二維平

2、板波導(dǎo)和三維矩形波導(dǎo)的磁光相移特點(diǎn)。采用COMSOL仿真軟件計(jì)算分析了Ce:YIG/Si/SiO2和SiO2/Si-Ce:YIG/SiO2兩種磁光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中磁化強(qiáng)度對導(dǎo)波光場分布及其傳播常數(shù)的影響。研究表明，平行于Ce:YIG/Si波導(dǎo)界面磁化時(shí)，上述兩種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中可獲得明顯的磁光相移，它們對應(yīng)的導(dǎo)波光模式分別為TM波和TE波。
　　2.采用SiO2/Si-Ce:YIG/SiO2硅基磁光波導(dǎo)設(shè)計(jì)了一種微環(huán)諧振結(jié)構(gòu)用于磁場測量，仿真

3、計(jì)算了準(zhǔn) TE模導(dǎo)波光傳輸時(shí)微環(huán)諧振波長移動(dòng)隨垂直磁化強(qiáng)度的變化。對于半徑為20μm的磁光微環(huán)，優(yōu)化波導(dǎo)寬度可使磁場測量靈敏度達(dá)到0.0054nm/(kA/m)，飽和磁化時(shí)微環(huán)諧振波長移動(dòng)為0.52nm。
　　3.提出一種基于Ce:YIG/Si/SiO2波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的Sagnac微環(huán)諧振型磁光開關(guān)器件，當(dāng)微環(huán)長度為100μm時(shí)開關(guān)磁化強(qiáng)度為53.82kA/m（低于飽和磁化強(qiáng)度），可實(shí)現(xiàn)0.96nm帶寬信號的光開功能。與基于直波導(dǎo)的Sa