硅基長波紅外光波導(dǎo)器件的研究.pdf

1、21世紀的第一個十年里，人們對大容量、高速互聯(lián)網(wǎng)的需求極大地推動了光通信技術(shù)——特別是全光通信的發(fā)展，而作為FTTH( Fiber To The Home)中重要節(jié)點的WDM(Wavelength Division Multiplexer)、OADM(Optical Add/DropMultiplexer)、OXC(Optical-path Cross-connect)等器件自然成為研究的熱點。這極大的帶動了集成光學(xué)器件的研究。目前應(yīng)用

2、于光通信中的集成光學(xué)器件所用光源的波長主要在近紅外波段內(nèi)，以1.55μm為主；但隨著研究的深入，集成光學(xué)器件的應(yīng)用也逐漸拓展到了光通信以外的范圍，特別是在傳感、檢測、軍事等方面．波長更長的中長波紅外光(3-100μ m)以其在上述領(lǐng)域中的獨特優(yōu)勢，促使研究人員將集成光學(xué)的研究推動到這一波段。以硅材料作為襯底的集成光電子器件是目前國際上集成光學(xué)領(lǐng)域研究的主流熱點。受限于硅本身的特性，在很長時期內(nèi)沒有受到研究人員的重視，不過在隨后的中研究發(fā)

3、現(xiàn)，可以利用硅材料具有的等離子色散效應(yīng)通過改變載流子濃度調(diào)節(jié)折射率和吸收損耗實現(xiàn)電光調(diào)制。另一方面，由于硅基光電子器件和CMOS在工藝上的兼容性，可以借鑒半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的Fabless模式生產(chǎn)低成本、高性能、商品化的硅基光電子器件。所以近年來基于硅的光開關(guān)、光調(diào)制器已經(jīng)開始投入光通信的商業(yè)應(yīng)用，并且不斷有新的結(jié)構(gòu)、更低損耗的器件報道出來。
　　 本研究目的在于：以硅片或者SOI片為平臺，制備出適用于中長波紅外波段的光波導(dǎo)器件。本文具

4、有創(chuàng)新性意義的工作主要集中在以下幾個方面：⑴利用等比例放大原理，分析了中長波紅外情況下slot波導(dǎo)器件的設(shè)計思路。Slot波導(dǎo)以其獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在研究人員設(shè)計傳感器時被廣泛采用。利用等比例放大原理，可以由近紅外波段情況下slot波導(dǎo)尺寸推導(dǎo)到在波長更長的中長波紅外情況下slot波導(dǎo)的尺寸，并且在這一波段內(nèi)slot波導(dǎo)具有更大的狹縫寬度，降低了制備器件的工藝要求。⑵搭建了波長為10.6μ m的長波紅外光波導(dǎo)測試系統(tǒng).在實驗室現(xiàn)有條件的基

5、礎(chǔ)上，搭建了波長為10.6μm的硅基光波導(dǎo)器件測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由二氧化碳激光器、斬波器、衰減片、聚焦透鏡、載物臺、探測器以及鎖相放大器等設(shè)備組成，實現(xiàn)了對中長波紅外波段(10.6μ m)光波導(dǎo)傳輸特性的測試。⑶設(shè)計了兩種長波紅外情況下的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并摸索出實驗工藝。先從理論分析了長波紅外情況下單模條件和襯底泄漏的情況，再利用BPM算法、FE算法及FD算法等模擬大截面的硅基光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和在襯底開空氣槽的undercut型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸情況.