周期性波導(dǎo)微腔及其應(yīng)用研究.pdf

1、器件小型化一直是集成光學器件的重要發(fā)展方向之一。光學微腔是指尺寸在幾微米至幾百微米的光學諧振器，滿足了集成光學對光學器件小型化、集成化的要求。周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸極其緊湊，易于和傳統(tǒng)波導(dǎo)集成，更容易使用成熟的標準光刻平面工藝制造以實現(xiàn)低損耗器件。通過在周期波導(dǎo)中引入缺陷，就形成了基于周期結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)微腔。相比光子晶體平板結(jié)構(gòu)，周期性波導(dǎo)微腔擁有和光子晶體平板微腔相比擬的品質(zhì)因子Q，然而其模式體積更小，設(shè)計和制備更加簡單。因此論文重點研

2、究了基于周期結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)微腔及其應(yīng)用，主要研究工作可歸納為:
　　1.提出和分析了一種混合表面等離激元周期波導(dǎo)反射鏡，利用混合表面等離激元波導(dǎo)低損耗的特性，得到的反射鏡插入損耗僅為0.34dB(器件長度為6.46μm)。通過在周期波導(dǎo)中引入缺陷，我們構(gòu)造了一個混合表面等離激元波導(dǎo)微腔。數(shù)值模擬結(jié)果顯示這種混合等離激元微腔其品質(zhì)因子Q值可以達到1526，比傳統(tǒng)的基于金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的等離激元微腔高一個數(shù)量級。
　　2.提出和

3、分析了一種周期性混合表面等離激元波導(dǎo)微腔結(jié)構(gòu)，通過在禁帶中引入缺陷，得到了混合表面等離激元波導(dǎo)微腔，其Q/V值高達31130(λ/n)-3。基于波導(dǎo)微腔結(jié)構(gòu)，將低折射率層（光場強）換成PMMA-量子點混合物，可以得到一種新型納米激光器，通過計算仿真得到其室溫下閾值增益僅為374cm-1。
　　3.通過結(jié)合槽型波導(dǎo)和周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的優(yōu)勢，提出了一種狹縫波導(dǎo)寬度拋物線型調(diào)制的光子晶體微腔傳感器，展示了對狹縫波導(dǎo)微腔的仿真，制作和測試過程

4、。通過對狹縫波導(dǎo)寬度的拋物線型調(diào)制，設(shè)計得到的波導(dǎo)微腔呈現(xiàn)高Q值，高傳輸透過率的特性。針對提出的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計，在SOl平臺上實驗制作了該器件，器件尺寸僅為16.8×2.5μm2，其品質(zhì)因子Q為9200。最后對波導(dǎo)微腔進行了傳感性能測試，通過對不同濃度的NaCl溶液測試，我們得到了傳感器的傳感靈敏度為410nm/RIU。另外我們的傳感器與基于微環(huán)諧振腔等結(jié)構(gòu)的傳感器相比，具有傳感范圍大的優(yōu)點（不受限于自由光譜范圍）。
　　4.提出了

5、一種基于TM偏振的橢圓柱光子晶體波導(dǎo)微腔，并展示了其設(shè)計，制作，測試過程。基于TM偏振的波導(dǎo)微腔不僅可以增強光和低折射率物質(zhì)的相互作用，而且制作得到的微腔品質(zhì)因子受刻蝕工藝影響較小?；诠鑼雍穸葹?40nm絕緣體上硅(SOI)平臺仿真得到其品質(zhì)因子Q為Q=6.3×105，模式體積V為2.1(λ/nsi)3，是已知達到近百萬量級仿真Q值的TM偏振波導(dǎo)微腔中，器件層厚度最小的。將設(shè)計得到的波導(dǎo)微腔應(yīng)用于傳感得到其傳感靈敏度為435nm/RI