硅基摻鉺狹縫波導(dǎo)光放大器的設(shè)計(jì)及制作.pdf

1、近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體微納加工工藝和硅基激光器、探測(cè)器及微納光波導(dǎo)器件的快速發(fā)展，硅光子學(xué)的研究在計(jì)算機(jī)光互連中展現(xiàn)出越來(lái)越重要的地位。硅基納米集成光波導(dǎo)器件逐步從實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)品研發(fā)。為實(shí)現(xiàn)硅基大規(guī)模光電子器件集成，亟需研究硅基片上光波導(dǎo)放大器，以有效補(bǔ)償納米光波導(dǎo)傳輸損耗。本論文研究了硅基摻鉺狹縫波導(dǎo)光放大器(EDSWA)的設(shè)計(jì)和制作，具體工作如下：
　　(1)基于狹縫波導(dǎo)的強(qiáng)場(chǎng)限制作用，將狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于摻鉺波導(dǎo)放大器中，以

2、達(dá)到降低泵浦功率，減小器件尺寸以及提高增益的目的；
　　(2)建立了EDSWA的四能級(jí)數(shù)值模型，采用重疊積分法簡(jiǎn)化鉺離子躍遷速率方程和光功率傳輸方程，并通過(guò)龍格-庫(kù)塔迭代法計(jì)算了光放大器的增益特性。
　　(3)基于所建立的數(shù)值模型，從波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、增益材料性質(zhì)、信號(hào)光功率及泵浦光功率幾個(gè)方面分析了其對(duì)放大器增益的影響并對(duì)各影響參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，理論上論證了EDSWA在厘米量級(jí)尺度上可獲得約20dB的增益，這個(gè)數(shù)值相當(dāng)于摻鉺光纖放

3、大器（EDFA）在米量級(jí)所取得的增益；
　　(4)設(shè)計(jì)制作了硅基狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)制作了具有高耦合效率的條形波導(dǎo)—狹縫波導(dǎo)模斑轉(zhuǎn)換器和狹縫彎曲波導(dǎo)。所制作的條形-狹縫波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器損耗最小可達(dá)0.015dB，狹縫彎曲波導(dǎo)損耗<0.2dB/90o，且實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果基本符合。針對(duì)光場(chǎng)散射損耗嚴(yán)重、狹縫波導(dǎo)傳輸損耗高達(dá)9dB/cm等問(wèn)題，提出了采用熱氧化法改善狹縫側(cè)壁及波導(dǎo)表面的粗糙度的解決方案，可望有效降低狹縫波導(dǎo)的傳