基于SOI的高性能波導(dǎo)交叉單元研究.pdf

1、現(xiàn)代光子技術(shù)的發(fā)展對器件的集成性，片上器件密度、功能、性能等要求越來越高，這使得單芯片上光波導(dǎo)之間交叉次數(shù)大大增加。同時，SOI（Silicon On Isolator）材料作為光集成研究的熱點材料具有導(dǎo)光特性好，對光的限制作用強并且與標準的CMOS工藝完全兼容等優(yōu)點，然而SOI大的芯/包折射率差使其導(dǎo)模的空間角很大，從而導(dǎo)致光在波導(dǎo)交叉的部分會產(chǎn)生顯著的散射。SOI光波導(dǎo)單次直接交叉的損耗和串?dāng)_分別為1～1.5dB和-10～-15dB

2、，大量交叉產(chǎn)生的損耗和串?dāng)_對單芯片而言將難以接受。為解決上述問題，本論文試圖設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊，低交叉損耗、低串?dāng)_的SOI光波導(dǎo)交叉方案，同時能夠與半導(dǎo)體工藝兼容。
　　本論文主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）構(gòu)建了無損耗的正錐形（adiabatic taper）與倒錐形結(jié)構(gòu)（adiabatic inverse taper），分析了倒錐形結(jié)構(gòu)中模場寬度、有效折射率的變化情況；
　　（2）建立了基于多模干涉結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)交叉單元并

3、用Comsol進行了仿真。在尺寸為13μm×13μm的情況下?lián)p耗為0.22dB，串?dāng)_為-14.69dB。該方案雖然工藝簡單，只需要一次光刻，但串?dāng)_、損耗和尺寸仍然較大；
　　（3）建立了基于倒錐形結(jié)構(gòu)垂直耦合器的橋式波導(dǎo)交叉單元，橋式結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點是能夠從原理上解決串?dāng)_的問題。仿真結(jié)果顯示其損耗為0.035dB，串?dāng)_為-43.2dB，尺寸為71.5μm×1μm；該方案達到了低交叉損耗、低串?dāng)_的目標，但是其長度至少需要70μm，對于