新型硅基納米線波導(dǎo)及諧振腔的研究.pdf

1、由于與CMOS工藝兼容，并且在光通信波段性能優(yōu)異，硅光子學(xué)近年來得到了廣泛的研究并取得了一系列進(jìn)展。本文首先介紹了主要的硅基集成型光子學(xué)器件，及其在光互連與光傳感中的應(yīng)用。然后，本文分別研究了新型低損耗硅納米線波導(dǎo)與微盤諧振器，及其在光互連與光傳感中的應(yīng)用。
　　首先，研究了平面集成型光波導(dǎo)損耗的來源，以及影響其損耗的各項波導(dǎo)參數(shù)。結(jié)合制備硅納米線波導(dǎo)的特點，總結(jié)了降低波導(dǎo)損耗的各種工藝及設(shè)計方法。在分析與對比的基礎(chǔ)上，提出了基于

2、新型氧化工藝制備波導(dǎo)的方法。采用選擇性氧化工藝，制備了基于硅絕緣體氧化物(Silicon On Insulator, SOI)硅納米線脊形波導(dǎo)，其中脊形高度約為130nm，平板區(qū)域厚度約為25nm，寬度約為1μm。在課題中，制備了半徑為100μm的全通型微環(huán)諧振器，并對其性能進(jìn)行了測試，得到其品質(zhì)因數(shù)（Q值）約為2×104。
　　其次，本文重點研究了超小型懸掛式硅基微盤傳感器。對微盤諧振器的模式理論進(jìn)行了簡要的介紹，提出了采用懸掛

3、式結(jié)構(gòu)可以制備高Q值及高靈敏度的微盤傳感器。然后，分別仿真并計算了0.5μm～1μm彎曲半徑下，微盤諧振器的彎曲損耗及靈敏度等參數(shù)。根據(jù)仿真結(jié)果，確定了采用半徑為R=0.8μm的微盤，根據(jù)設(shè)計結(jié)果，其傳感靈敏度比非懸掛結(jié)構(gòu)要高60％，并且在空氣中擁有更高的品質(zhì)因數(shù)。然后，根據(jù)懸掛式結(jié)構(gòu)設(shè)計了一邊有平板支撐的非對稱脊形波導(dǎo)以便進(jìn)行光耦合。根據(jù)設(shè)計參數(shù)，制備了半徑R=0.8μm，硅層厚度為340nm的懸掛式微盤諧振器，其中耦合波導(dǎo)寬度為30