硅納米光波導(dǎo)無源器件及功能集成.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)真正將人們帶入了信息全球化的時代，極大地促進了信息數(shù)據(jù)的交互需求。而光通信網(wǎng)絡(luò)作為唯一可能提供支持的技術(shù)，正被這一不斷膨脹的需求所刷新。近年來，全球的骨干光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)陸續(xù)升級至單波長100G速率的相干光通信系統(tǒng)，而下一代400G，乃至1T的光網(wǎng)絡(luò)也勢在必行?；诠杌牧掀脚_的集成光學(xué)芯片，由于具有與傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的CMOS工藝相兼容的巨大成本優(yōu)勢，成為最具前景的技術(shù)之一，由其發(fā)展而來的研究熱點稱之為硅光子學(xué)。本文針對硅光子學(xué)這一熱

2、點課題，就硅納米線波導(dǎo)器件及其功能模塊集成進行了細致的理論探索與實驗求證。
　　首先，我們對硅納米線波導(dǎo)器件的工藝制作與測試表征進行了大量的實驗摸索，確立了快速而高效的電子束曝光工作模式，并針對耦合光柵的波長敏感特性，確立了對器件響應(yīng)進行歸一化補償?shù)谋匾浴；诖酥谱鞑y試表征了硅納米線波導(dǎo)的傳輸損耗在1.5～4.2dB/cm，設(shè)計優(yōu)化并實驗制作了一系列基于硅納米線波導(dǎo)的無源器件，包括3dB功率分束器、微反射器以及基于陣列波導(dǎo)光柵

3、(ArrayedWaveguide Grating，AWG)的波分復(fù)用器件。所有器件的工藝重復(fù)性良好。
　　其次，我們研究了基于馬赫曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)結(jié)構(gòu)的熱光調(diào)諧器件。實驗制作的8通道反射式熱光可調(diào)光衰減器的動態(tài)范圍均超過了30dB。此外，我們研制了基于彎曲定向耦合器的超寬帶MZI熱光開關(guān)，獲得了小于1dB的插入損耗和超過20dB的消光比，其工作帶寬超過了140nm。進一

4、步，我們將兩個全同AWG與八個超寬帶低損耗熱光開關(guān)進行了單片集成，實現(xiàn)了較為復(fù)雜的可重構(gòu)光分插復(fù)用器功能模塊，其各個波長通道、路徑通道的動態(tài)開關(guān)范圍均超過了20dB。
　　最后，我們基于常規(guī)的AWG結(jié)構(gòu)，并充分利用其結(jié)構(gòu)的對稱性，實現(xiàn)了單個AWG對兩路信號的雙向傳輸功能?；谶@一特性，我們首先將梳狀濾波器與單個雙向AWG相級聯(lián)，實現(xiàn)了通道間隔為200GHz的波分解復(fù)用器，而性能可比于通道間隔為400GHz的波分解復(fù)用器。其次，我們