基于optiwave的硫系玻璃脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計【文獻綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計文獻綜述畢業(yè)設(shè)計文獻綜述電子信息科學(xué)與技術(shù)電子信息科學(xué)與技術(shù)基于基于OptiwaveOptiwave的硫系玻璃脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計的硫系玻璃脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：本文首先介紹了光波導(dǎo)的特性，闡述了脊形光波導(dǎo)的等效結(jié)構(gòu)并采用有效折射率法對其結(jié)構(gòu)參量進行設(shè)計。由于高的光敏性、高的溶解能量、容易制備、組分可調(diào)等優(yōu)點是硫系玻璃薄膜越來越受到人們的關(guān)注，而折射率比石英玻璃高2～3個數(shù)量級更是使它成為集成光學(xué)器件研究的焦點。最后綜述了近年來

2、硫系薄膜光波導(dǎo)及其應(yīng)用，并對它的進一步研究及應(yīng)用進行了展望。關(guān)鍵詞：脊形光波導(dǎo)；有效折射率；結(jié)構(gòu)參量；硫系玻璃薄膜一、背景一、背景隨著全光信息處理和光計算機研究的發(fā)展，三階非線性光學(xué)玻璃的研究已成為近年來光電子技術(shù)領(lǐng)域中最引人注目的研究課題之一。目前三階非線性光學(xué)玻璃的研究方向是尋求非線性光學(xué)性能、響應(yīng)時間、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學(xué)損耗、加工特性及材料成本等諸因素的最佳結(jié)合點。其中，新型硫鹵玻璃、高折射率氧化物玻璃、各種共振型摻雜玻璃

3、等均有希望成為全光開關(guān)材料的最佳候選。目前光纖通訊網(wǎng)絡(luò)信息運載能力的提高并非受制于傳輸介質(zhì)的能力，而是受到用于信號切換和處理的電子裝置速度的限制，尤其隨著高品質(zhì)、低損耗光纖材料研究的突破，電子裝置由于存在時鐘偏移、嚴重串話和高損耗的缺點而產(chǎn)生光纖通信系統(tǒng)中的“信息瓶頸”現(xiàn)象。解決此瓶頸的關(guān)鍵是開發(fā)非線性超快光子學(xué)器件。由于玻璃具有在大部分波段透明、較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、較高的三階非線性極化率、較快的光響應(yīng)時間、易于成纖成膜、易于機

4、械光學(xué)加工等優(yōu)點，受到研究者的普遍關(guān)注。一場旨在以充滿生機活力的高速光子取代現(xiàn)有信息轉(zhuǎn)換媒體即電子的革命性進程已經(jīng)開始。光波導(dǎo)是集成光學(xué)器件的基礎(chǔ)和基本連接方式。光波導(dǎo)器件由于其小型化、易于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低等優(yōu)勢，成為無源光通信器件的發(fā)展方向，使光子集成和光電集成成為可能。由于平面光波導(dǎo)膜層材料的不同，其功能及特性也有很大的差異。目前用于制作平面集成波導(dǎo)器件的材料體系中，硅基和石英基光波導(dǎo)因為在制作工藝上和光電子集成（IC）兼容，能夠

5、和ITUT標準單模光纖很好地實現(xiàn)模式匹配，有著較低的耦合損耗和傳輸損耗。二、光波導(dǎo)的特性二、光波導(dǎo)的特性光波導(dǎo)是由光透明介質(zhì)(如石英玻璃)構(gòu)成的傳輸光頻電磁波的導(dǎo)行結(jié)構(gòu)。光波導(dǎo)的傳輸原理得到了SOI脊形光波導(dǎo)內(nèi)外脊高和脊寬等結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，為加快SOI脊形光波導(dǎo)的使用化提供了有效地理論依據(jù)。文獻[2][2]設(shè)想了脊形光波導(dǎo)的等效模型后，將有效折射率用于脊形光波導(dǎo)中，經(jīng)過精確計算，得出了SOI脊形光波導(dǎo)傳輸單模光波時的合理尺寸。在所得

6、的合理尺寸中選定其中b=300nm，h=150nm，w=400nm制作成脊形光波導(dǎo)后，測得其傳輸損耗為0.87dbcm，可見其傳輸損耗較小。文獻[3][3]提到了分析矩形光波導(dǎo)最常用的方法之一就是有效折射率方法（EIM）。EIM以其簡便，高精度的特點使其成為一種非常成功的矩形光波導(dǎo)研究方法。但是EIM存在一定的誤差，本文提到為了減少誤差，計算時要對波導(dǎo)覆蓋層的折射率進行修正。從波導(dǎo)的短邊和長邊開始計算所得的結(jié)果是不相同的，對于基模Ex模

7、從波導(dǎo)長邊開始計算的結(jié)果要比從短邊開始計算的結(jié)果精確；對于基模Ey模，情況正好相反，而且隨著相對折射率差的增大，兩種計算結(jié)果將變得逐漸接近。文獻[4][4]用有效折射率法對AirGexSi1xSi脊形光波導(dǎo)進行了光場分析與計算，得到了設(shè)計這種光波導(dǎo)的方法：從降低損耗入手，確定GexSi1x合金材料的Ge含量x。在根據(jù)GexSi1x應(yīng)變材料的臨界厚度確定脊形波導(dǎo)的內(nèi)脊高b。在此基礎(chǔ)上，由傳輸單模和使內(nèi)脊中高階模泄漏的條件確定h。當b和h確

8、定之后，由單模條件確定脊寬w。另外，從前面的分析和計算還可看出，h的取值存在著下限值，w的取值隨著（bh）的減小而增大，這與大截面理論是一致的。但也有所不同，這里h的下限值是隨b的取值和材料的不同而不同，h的上限值是由單模條件所決定，也就是說脊外腐蝕要達到必要的深度。文獻[5][5]通過對脊形單模硅光波導(dǎo)的模式特性的理論分析，介紹了脊形單模硅光波導(dǎo)的設(shè)計過程及參數(shù)的確定。文獻[6][6]成功地用三維模擬法描繪了Si脊形光波導(dǎo)中電場及光場

9、的立體分布。這種分布能充分反映脊形Si光波導(dǎo)各區(qū)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)于二維模擬的結(jié)果。三維模擬能準確、迅速、形象地反映單模光波導(dǎo)的條件，對實際制備Si單模脊形光波導(dǎo)有很大地指導(dǎo)意義。文獻[7][7]通過有效折射率法對SOI和GeSiSi脊形波導(dǎo)模式進行模擬，得到了脊形波導(dǎo)的單模條件，將此單模條件及Sef的單模條件與Rickman的實驗結(jié)構(gòu)進行了比較，發(fā)現(xiàn)采用有效折射率法得到的單模條件與實驗結(jié)果完全一致，這樣，改進了的Sef的單模條件，大大減小了單