一、多模干涉型双波长光功分器的设计与研究（论文文献综述）
皇甫利国[1]（2021）在《基于多模干涉偏振无关硅基器件的研究》文中研究指明随着光通信网络的持续发展,基于光子集成电路（PIC）的硅基器件得到广泛关注,但多数硅基器件具有显着偏振相关性而限制了其应用范围,因此研究偏振无关型硅基器件具有重要意义。多模干涉（MMI）耦合器作为PIC领域重要的光波导耦合器,可实现光功率分配和波长分离等诸多功能,具有结构简单、损耗低及工艺容差性好等优势。对此,本文基于MMI耦合器设计偏振无关型硅基器件做了如下工作:（1）依据对称干涉,设计了一种偏振无关MMI型1×3光功分器,实现1550nm波长1×3均匀功率分配。通过调节三明治结构芯层Si Nx的折射率实现偏振无关。采用梯形MMI波导与锥形波导的新型组合结构,通过调整梯形上底宽度和腰边倾斜角度实现器件宽带宽、低损耗及良好的分光均匀性。结果表明:MMI波导长度仅13.2μm;器件附加损耗低于0.07d B,不均匀度低于0.03d B,0.5d B带宽高达255nm,可覆盖S、C、L、U以及部分E波段。（2）依据成对干涉,基于绝缘体上硅平台设计了一种偏振无关MMI型波分解复用器,实现1310nm和1550nm波长分离。采用Si3N4替代传统的Si O2作为覆盖层材料,进一步降低器件损耗。通过调整单层Si波导厚度实现偏振无关。优化MMI波导的宽度和长度,使得1310nm与1550 nm波长的输出像点分别成反像和正像,实现波长分离。结果表明:器件插入损耗低至0.31 d B,输出波导间串扰低至-20.7 d B,3d B带宽可达70 nm。（3）依据一般干涉及准状态成像,基于Si3N4/Si O2平台设计了一种紧凑型偏振无关MMI型波分解复用器,实现1310nm和1550nm波长分离。通过调整三明治芯层Si Nx的折射率实现偏振无关。综合利用MMI波导中准状态像和反像的位置关系以及级联MMI结构实现波长分离。结果表明:器件尺寸仅为3.4×74μm2,插入损耗低至0.23d B,输出波导间串扰低至-27.6d B,3d B带宽可达190nm。（4）依据一般干涉及光子禁带特性,设计了一种紧凑型偏振无关MMI型单纤三向器,实现1490nm和1550nm下行波长的解复用及1310nm波长的上传复用功能。调整三明治芯层Si Nx的折射率实现偏振无关。MMI波导内嵌三角晶格阵列空气孔型光子晶体,实现上、下行光信号的反射和透射,并采用级联MMI结构实现两下行波长的分离。结果表明:器件尺寸仅5.5×234.5μm2,插入损耗低至0.45d B,输出波导间串扰低至-27.2d B,3d B带宽可达105nm。本文所设计的MMI型光功分器可应用于多通道光开关、硅基光相控阵列等领域;所设计的MMI型波分解复用器及单纤三向器可应用于无源光网络。
余鑫[2]（2021）在《基于SU8胶空气包层MMI型光分路器的仿真及飞秒激光制备研究》文中提出随着通信技术的迅速发展,人们对高速数据传输的要求也在不断提高,传统板间互联技术的高延迟、大损耗以及低带宽已无法满足现代通信技术需求。而芯片间的光互连成为通信行业最有前景的研究方向之一,在短距离通信系统的中,无源光分路器在实现光源高效、低损耗的传输尤为重要。传统聚合物光分路器由于尺寸的局限性和光刻制备工艺的繁琐,在应用于高度集成化的光互连中还需要进一步研究。基于以上问题,本文运用集成光学波导软件设计了基于SU8胶的空气包层MMI型光分路器,并使用飞秒激光加工技术制备,在光分路器的材料、结构和制备工艺上做出了一定的研究和改进。具体研究工作如下:（1）基于光束传播法（BPM）理论,提出了一种基于SU8胶的空气包层MMI型1×16光分路器,整体为对称和非对称混合结构,在结构上做出改进使其在相比于传统的光功分器在尺寸上得到了极大的缩减。其包层为空气,基底为二氧化硅玻璃,芯层为SU8光刻胶,端面为10×10μm的矩形波导结构。通过仿真优化得到了1×2多模干涉耦合器结构参数,对连接多模干涉耦合器的弯曲波导以及分支角做了优化设计,得到了完整的1×16光功分器的结构尺寸,其长度尺寸<22000μm,仿真结果表明其插入损耗为12.82d B,均匀性为1.27d B。通过分析加工功率,扫描速度等激光参数,得到了优选的飞秒激光刻蚀聚合物SU8的加工工艺,为得到截面为10×10μm矩形的聚合物光波导,选择激光功率P=90m W,扫描速度v=15mm/s的优化参数,并利用上述工艺参数制备出了完整的聚合物空气包层1×16光功分器。（2）利用仿真软件分别对所设计的多模干涉耦合器各项参数进行了容差性分析,其中多模干涉耦合区域宽度容许误差范围±1.5μm;输入波导位置误差应控制在±1μm的范围内;输出波导位置的误差范围应小于1.5μm能够最大程度保证器件性能,检测结果表明飞秒激光加工误差均在上述允许范围内。为研究所制备的1×16光分路器的分光性能,搭建了光纤耦合测试平台,记录通光测试结果,计算结果得到器件的插入损耗<23d B,均匀性为1.48d B。（3）针对光波导互连背板中的光纤与光波导垂直（90°转向）耦合,基于SU8光刻胶材料提出了一种改进的光互连片上结构,利用时域有限差分法（FDTD）,计算空间位置偏差对光纤与45°微反射镜耦合效率的影响,从而确定最佳耦合位置。有最大归一化输出功率0.861,即可得到最大耦合效率为86.1%,并简单分析了45°微反射镜耦合损耗产生的主要原因。使用飞秒激光在聚合物光波导端刻蚀45°微反射镜,以实现小尺寸,高效率通信,测得反射镜角度45.64°。
汪静丽,皇甫利国,陈鹤鸣[3]（2021）在《偏振无关多模干涉型1×3光功分器的设计》文中研究指明设计具有宽带性能的偏振无关1×3光功分器,采用离子辅助沉积方法调节三明治结构芯层SiNx的折射率,使得正交偏振模的拍长相等而实现偏振无关;梯形多模干涉波导与锥形波导的组合可实现器件宽带宽、低损耗及良好的分光均匀性。运用有限时域差分法进行建模仿真及参数优化,结果表明:器件的多模干涉波导长度仅为13.2μm,附加损耗低于0.07 dB,不均匀度低于0.03 dB,0.5 dB带宽高达255 nm,可覆盖S、C、L、U以及部分E波段,在未来集成光学系统中具有较高的应用价值。
姚超男[4]（2020）在《基于超表面光波导器件的模式调控研究》文中研究表明光学超表面（metasurface）器件是纳米光学的热门研究领域之一,其在传感、成像、全息投影、光电探测以及光集成等领域具有很大的应用价值和潜力。高速大容量的光集成通信网络是成为下一代互联网的发展趋势,为了提高网络中光储存、光传输以及光处理的能力,利用超表面结构提高光波导器件的集成度成为目前人们的研究热点。传统的光波导器件尺寸存在极限带宽（约70 nm）,光波导材料采用SiO2和LiNbO3,但这两种材料只能对部分光（波长范围处于近红外）具有良好的传输性能,这些都限制了光波导器件集成度的进一步发展。为了实现高集成度、高性能化以及大带宽的光通信网络,需要考虑新的材料以及新的技术。光波导器件是实现集成化光通信网络的主要基础元器件。在特定的工作波长范围内,如何实现高效率光波导器件,尤其是用于偏振和模式调控的器件,多模干涉器、光功率分配器、模式转换器、全光逻辑门器件及以此为基础形成的波导中的模式调控,仍然是个难题。另外,用于光通信以及信息处理的光波导器件制备往往需要精密的制备技术和时间成本,寻找新的制备方案降低光波导器件的制备难度,同时保证器件性能,也是研究重点之一。超表面结构能够有效缩小光子器件尺寸,但同时引入显着偏振相关性进行高效偏振控制,能扩大超表面光波导器件的适用范围。通过引入光学超表面,光路中器件的集成度得以提高,这为实现集成化光通信网络所需的光学器件以及探索新型功能的光波导器件提供了重要的途径。在光波导器件中,通过结合超表面的特性,可以实现器件的小型化、低损耗、高效率、宽频带以及可调节等特性。超表面结构使得在亚波长尺寸的传播距离上实现对光波导中模式的灵活调控。随着微纳制备工艺的进步,所制备的光波导器件结构质量越来越高,基于超表面的光波导器件能够实现的功能也逐渐增多。本论文围绕超表面光波导的模式调控特性及其应用展开研究,主要内容包括:1)在介质加载型波导上基于金属型超表面结构实现多模干涉的光波导器件。我们提出了使用准菱形分布的银纳米天线构成超表面结构,通过超表面结构调控多个模式之间的干涉,实现一个可以工作于可见光波段的高性能多模干涉耦合器,多模干涉区的长度仅为4.21μm。超表面多模干涉耦合器使得传输波导与多模干涉器结合,减少连接点,提高器件的集成度。研究了自聚焦点的特性与改变准菱形超表面结构参数之间的关系,通过改变准菱形超表面的结构参数可以调控模式传播方向,由此我们设计并实现了可以替代锥形耦合器的光束耦合器以及偏振不敏感型功率比可调的Y型功分器。对于光束耦合器,经过优化超表面的结构参数,超表面使得1μm宽介质加载型波导中约90%的TE偏振的模式能够耦合到500 nm窄波导中。对于Y型功分器,超表面实现了上下分支的功率配比为1:3。2)在硅波导上通过介质型超表结构实现了模式转换的光波导器件。我们提出了在宽度发生突变的硅波导中使用纳米天线阵列的互补结构（完全蚀刻的纳米孔阵列）实现超表面结构,通过超表面结构调控模式转换系数,实现一个小型化、低损耗以及低串扰的模式转换器,其总长度约2.42μm。研究了超表面的结构参数改变对在波导中传播的各阶模式的影响,使得各阶模式发生相长干涉或相消干涉,实现输出模场分布转换为所需模式的模场。对于TE00模式转换为TE10模式转换器,在工作带宽为300 nm的条件下,模式传输率超过90%、模式纯度超过95%。研究了模式转换器的实验制备与测试过程。该模式转换器可实现CMOS工艺兼容,制备工艺只需要一步刻蚀,极大地简化器件制备的工艺流程。该模式转换器只采用硅材料,可以减少材料和制造成本。在测试中,TE00模式转换为TE10模式转换器在波长为1.55μm处,获得了83.1%（0.8 d B）的传输效率,以及-14.2d B的低串扰。最后,研究了提出的高效紧凑的模式转换器,可以适用于具有不同相对位置的输入/输出波导、不同模式（包括TM模式）以及不同厚度的硅波导中。3)在Y型波导上使用超表面结构实现光信息处理的光波导器件。我们提出基于Y型介质加载型波导,通过超表面结构控制波导模式的干涉实现可工作于可见光范围内且波长不敏感的全光逻辑门器件。超表面结构使得TM模式发生多模干涉,从而提高了TM模式在介质加载型波导的传输率。通过调节输入光场的相位,实现每个逻辑状态,进而构成全光逻辑门器件。超表面全光逻辑门器件可以在同一个结构中实现AND逻辑门、OR逻辑门以及XOR逻辑门三种逻辑功能,然后以Y型波导为基础,级联一个控制波导,可以实现另外三种反相逻辑门功能（NAND逻辑门、NOR逻辑门以及XNOR逻辑门）。超表面全光逻辑门器件在实现逻辑功能的同时,简化了结构以及控制的复杂度,实现了器件的可重构性,进而能够提供多种逻辑功能。通过超表面结构适当调节输入模式的相位,使得模式之间发生相长干涉以及相消干涉,对所设计的逻辑门结构在不同的输入状态时的光场分布以及消光比进行了分析,AND、OR、XOR三个逻辑门的消光比高于24 dB,NAND,NOR和XNOR逻辑门分别获得约33.39、27.69和33.11 d B的高消光比。
李景垚[5]（2020）在《基于SiO2波导的海洋光学传感器研究》文中研究指明近年来,随着海洋强国战略的不断推进,建立全方位、完善的监测系统对海底进行全方位的观测势在必行。要实现在足够大的空间和时间尺度上收集尽可能多的物理信息,需对海洋物理参数进行准确和实时的测量,以确保有效监测。由于目前商业化的海洋温、盐、深等物理传感器多基于成熟的电子式传感技术,具有响应时间慢、笨重、昂贵、非环保等缺点,且核心技术基本掌握在外企手中,存在着不可忽视的国防安全隐患。相比之下,基于光波导的干涉型传感器可实现更小的体积,且在响应速度快和抗电磁干扰等方面也具有优势。为了开发具有自主知识产权的海洋监测传感器,实现便携、低功耗、原位、实时、快速、精确的长期海洋监测,本文响应高端智能传感器芯片的研发需求,基于光学结构设计波导型线性盐度传感器和耐高压压力（深度）传感器,其成果符合标准波导平台工艺,可用于实现海洋物理、化学和微生物传感器芯片级集成的目标。本文的主要工作为:1、提出一种基于0.75%折射率差值的SiO2波导的阵列波导光栅（AWG）型线性盐度传感器,利用AWG中心波长随有效折射率变化而漂移这一特性进行盐度传感。基于有效折射率法,分析了限制层刻蚀结构的0.75%折射率差值的SiO2单模波导的盐度传感机制,并利用时域有限差分法（FDTD）进行仿真验证。设计SiO2单模波导,并优化限制层刻蚀结构,提高传输模式E00y的有效折射率随海水盐度变化的灵敏度,结合海水折射率与盐度间的经验方程,将海水盐度的变化转化为波导有效折射率的改变。在此波导盐度传感机制下,利用1 × 1AWG结构将波导有效折射率的变化转化为输出中心波长的漂移,设计AWG的结构,并在其阵列波导区中引入三角形的限制层刻蚀区域作为待测液体填充区,放大待测液体盐度变化导致的相邻阵列波导间光信号相位差的变化,提高AWG型盐度传感器的传感灵敏度。所设计的AWG型盐度传感器可不受光源老化造成的波长漂移的影响。通过波束传播法（BPM）对其传感性能进行仿真,验证AWG盐度传感的可行性,引入三角形的限制层刻蚀区域结构的AWG可比常规AWG灵敏度提高约60倍,灵敏度为0.031nm/‰,分辨率为 0.0319‰。2、提出一种基于2%折射率差值的SiO2波导的非对称马赫曾德干涉仪（a-MZI）型压力传感器,利用a-MZI输出曲线线性区内光功率随有效折射率改变而变化这一特性进行压力传感。研究SiO2材料的光弹效应,利用光弹矩阵分析SiO2材料的压力诱导双折射现象,得到SiO2材料中o/e光的折射率随所受压力的变化关系。利用有效折射率法进行2%折射率差值的SiO2单模波导的结构设计,得到传输模式E00x/E00y的有效折射率与压力间的关系,并利用时域有限差分法（FDTD）进行仿真验证。利用此传感机制,通过双臂传感结构a-MZI将待测压力的变化转化为a-MZI线性区内输出光功率的变化。基于对称干涉型多模干涉仪（MMI）机理设计a-MZI的输入/输出耦合器,利用模式传输分析法（MPA）对MMI的多模干涉情况进行分析,并通过波束传播法（BPM）对其光束分割性能进行仿真,优化并确定MMI的参数。通过数值计算,分别分析三种臂形设计方案（正弦型、圆弧拼接型、螺旋型）可实现的臂长差的范围,并给出了 a-MZI型传感器在特定设计需求下的臂形设计方案。最终基于2%折射率差值的SiO2波导,采用正弦型臂形设计并制作了 5mm臂长差的a-MZI。经测试,此a-MZI型压力传感器原型器件体现出4.83 MPa的平均半周期压力,线性区域的灵敏度为1.24mW/MPa,压力分辨率有望低于0.08 MPa。全海深压力约110MPa,此型光学压力传感器无需对波导结构进行刻蚀等特殊处理,其耐压能力远高于传统薄膜上波导的结构,目前测得其在机械测试平台下可承受约40MPa的压力,液压环境下可体现更高的耐压极限。
郭振钊[6]（2018）在《硅基亚波长结构功率/偏振分束器研究》文中提出当前,片上光互连技术受到广泛重视,有望成为突破传统电互连瓶颈问题的热门技术。在构建高性能片上光互连系统中,硅基光子集成回路（PICs）具有高折射率差与兼容CMOS制造工艺等优点,利于实现密集集成,从而满足高速、大容量光信息处理系统的发展需求。光功分器与偏振分束器是构建PICs两类基础器件,前者用以实现光功率的多路分配,后者用以实现不同偏振态的高效分离。本文旨在提出并设计基于硅基亚波长光栅（SWG）结构的光功分器与偏振分束器,优化器件结构参数并给出其制作容差,为构建密集集成PICs提供参考器件。论文首先综述了PICs的发展,简单介绍了硅基光子学的关键问题、制作工艺、发展发向以及面临的挑战;详细介绍了光功分器与偏振分束器在国内外的发展现状,描述了硅基片上无源光器件的主要性能指标。其次,介绍了两种常用的器件数值分析及设计优化方法并对亚波长光栅进行详细分析:采用频域有限差分法（FDFD）分析亚波长光栅波导截面的模式特性,时域有限差分法（FDTD）分析亚波长光栅波导的传输特性,总结发现亚波长光栅的折射率可调性、衍射抑制、反射抑制作用,利用这些特性可设计新型高性能硅基无源光器件。然后,基于对亚波长光栅结构的分析,提出并分析了一种硅基亚波长光栅波导的偏振不敏感型光功分器,在传统的锥型（taper）及反锥型（inverse-taper）硅基波导上嵌入亚波长光栅结构,实现偏振不敏感传输。器件具有超紧凑、易制造、低损耗的特点,并且其低损耗工作带宽可覆盖光通信的全波段（O、E、S、C、L、U波段）,可应用于光调制器、光开关、光传感等硅基有源器件。接着,提出并分析了一种基于氮化硅-硅（Silicon Nitride-on-Silicon）平台的超紧凑型偏振分束器,在硅底层采用亚波长光栅结构将入射TE模耦合到相邻波导并使其弯曲波导输出,而入射TM模在上氮化硅层传输并直接输出,两个模式在不同分隔层中传输且互不影响,从而实现偏振分束。同时,该器件的耦合长度仅为2.7?m,这使得该器件在构建高效及高集成度的偏振分集方案中具有很强的应用潜力。再者,提出并详细分析了一种TE通过及TM截止的硅基超紧凑型光功分器,采用亚波长光栅多模波导与分段混合等离子垂直槽波导（HPHSWs）,实现功率均分与偏振选择两个功能集成于单个器件,利于构建大规模密集集成PICs。数值结果表明,该器件可同时获得低损耗的功率均分（TE模）和高效的模式截止（TM模）:在1.55?m的工作波长下,入射TE模功率均分的插入损耗为0.28 dB,入射TM模截止的消光比为19.73 dB,TE模与TM模的反射损耗分别为-28.13 dB与-19.69 dB。最后,给出了全文总结及后续工作展望。
刘璐[7]（2017）在《任意比例硅光功率分配器的逆向设计与实现》文中认为近年来,光通信技术飞速发展,对人们的生活产生很大影响。随着人们对信息化的追求越来越高,高速率、低功耗和高集成度越来越变成了我们所追求的目标。而在光子集成中前两个体系:PLC和In P逐渐成熟之后,人们开始不再满足于这两种体系的性能及成本,硅材料体系逐渐进入我们的视野。半导体材料虽然在早年以及被提出,由于当时科研水平的相对落后,使其得不到发展。随着硅光子学在光子集成中地位的急速上升,硅器件（有源和无源器件）的研究就成为了方向之一。例如调制器、探测器、滤波器、光耦合器、衰减器等。本文主要是利用一种通用型结构,实现一种任意比例输出的光功分器。本次研究的主要内容包括下列内容:我们通过大量的文献调研分析了光功率分配器及反向设计激动优化方法的发展情况,经过分析决定选取多模干涉耦合器作为本次设计的基础模型,使用像素型自动优化方法作为主要优化方法,目的在于实现一种两端口及以上的任意比例功率分配器。通过对多模干涉器的工作原理进行一定的理论分析,选取顶层硅厚220 nm的绝缘体上硅材料作为研究基础,以多模干涉器为模型,利用一种自主设计的顺序查找非线性优化方法进行约束,通过有限时域差分法进行仿真,最终得到四种超紧凑尺寸,功率分离比例不同,输出端口不同的功分器。器件性能良好,在一定的波段内可用。并且实现了传统三端口功分器无法实现的任意比例功能。利用半导体制备流程对样品进行制备,按标准完成了:切片、洗片、匀胶、电子束曝光、显影定影、电感耦合等离子体刻蚀和氧离子去胶的过程。成功制备出多个样品,并对样品中的每个器件进行扫描电子显微镜照片拍摄。之后搭建了整个1550 nm波长器件的测试光路。最后对样品进行波长扫描测试,利用Origin数据处理软件对数据进行归一化处理,并且转换为相应传输效率,算出每个器件功率比例。将实验结果与仿真结果进行相信对比,实验值接近仿真结果,并且器件制备允许有一定的工艺误差,我们通过实验验证了这种自动优化方法实现器件的可行性。我们相信通过继续改进方法与样品制备工艺,能将该方法用于更多硅光子器件中,有助于显着提高器件集成度与性能,并且能实现一些传统器件难以实现的性能。
徐银[8]（2017）在《微纳尺度硅基无源光子集成器件及片上混合复用传输技术研究》文中研究指明信息技术的快速发展,使得人们对通信网络、高速互连、信息处理及数据存储有着更高要求,高速度、大容量、低功耗、低成本是各类通信网络及信号处理系统的发展方向。硅基光子集成器件的研制与标准CMOS工艺兼容,具有结构紧凑、性能优越、功耗低、成本低等诸多优点,能够实现各类光子器件的高密度集成,形成硅基光子集成回路（PICs）,在片上光通信、光互连、数据中心及高性能计算等方面有着重大应用潜力。然而,高折射率差硅基材料系能够有效缩小光子器件尺寸,但同时引入显着偏振相关性,需进行高效偏振控制,以扩大硅基材料系的适用范围。另外,模式转换、光功率多路分配、PICs中的波导交叉、及以此为基础形成的硅基片上混合复用传输技术是当前硅光子学的研究热点。本论文围绕上述问题,开展相关研究工作。第一章首先简要回顾了硅光子学的发展历程,重点介绍了常用硅基无源光子集成器件（如模式转换器、光功分器、波导交叉器、偏振控制器）及硅基片上混合复用传输技术的研究现状,描述了光子集成器件的主要性能指标,最后总结了本论文的主要内容及创新点。第二章介绍了本论文涉及的光波导及其器件数值分析及优化设计方法,如频域有限差分法、有限元法、束传播法及时域有限差分法,并对它们的基本原理、计算过程、适用范围、边界条件等进行了论述。第三章提出了一种新型硅基条形波导-槽波导模式转换器。采用亚波长光栅波导构建多模干涉区与taper型过渡区,基于亚波长光栅多模干涉效应,多模波导末端将产生输入光场的二重像并进一步转变为输出槽波导模式,器件总长度为4.3μm,工作带宽可覆盖光通信的全波段。在第三章模式转换研究的基础上,第四章提出了一种偏振不敏感型条形波导-槽波导功分器。通过在用于功率均分的多模波导中央位置嵌入反向taper型亚波长光栅结构,实现了偏振不敏感型传输,器件多模区长度仅为1.92μm且性能优异,可直接用于硅基槽式光调制器的研究。第五章针对平面密集PICs中不可避免的波导交叉问题,开展了槽波导十字交叉器及混合波导十字交叉器的研究。采用了工作带宽大、制作容差高的多模波导作为波导交叉核心部件,为获得较好的器件性能,本文进行了详细地结构参数优化并给出了优化设计结果。此外波导交叉的研究可进一步向着超紧凑、多功能、多类型波导交叉器的方向继续推进。第六章开展了硅基偏振控制器的系统研究,主要围绕偏振分束器、偏振旋转器、偏振分束-旋转器及起偏器这四类偏振控制器展开。提出了三种紧凑型偏振分束器,分别为基于非对称多模波导型槽波导偏振分束器、基于亚波长光栅波导型偏振分束器与基于非对称三波导定向耦合型偏振分束器;提出了两种偏振旋转器,分别为基于各向异性槽波导偏振旋转器与基于混合等离子体效应槽波导偏振旋转器;提出了两种超紧凑型偏振分束-旋转器,分别为集成型槽波导偏振分束-旋转器与基于部分刻蚀亚波长光栅波导型偏振分束-旋转器;同时也提出了两种起偏器,分别为基于垂直耦合型槽波导起偏器与基于透明导电氧化物式波导起偏器。对于上述器件,本论文均进行了详细地器件设计及优化分析并给出了器件关键参数的制作容差,所获器件性能及尺寸具有较明显的优势。在上述硅基无源光子集成器件研究的基础上,第七章开展了硅基片上混合复用传输技术研究,提出了一种硅基片上波长与偏振混合复用传输系统的技术方案。详细探究了该传输系统中偏振复用/解复用器的设计,混合复用传输技术方案的构建及仿真验证,此外对其结构及性能方面的优势进行了分析并对该传输系统的应用进行了探讨。最后对全文主要研究内容、结论等进行了总结,并对后续工作进行了展望。
蒋卫锋[9]（2015）在《硅基PLC型无源光子集成器件理论与关键技术研究》文中进行了进一步梳理随着模分复用（MDM）技术的进展,对平面光波光路（PLC）型无源光子集成光路（PIC）器件性能的要求越来越高。硅基PIC器件以其成本低廉、与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容和稳定性高等优点占有重要地位。本文以硅上二氧化硅（SoS）和绝缘硅（SOI）无源PIC器件作为研究对象,深入分析影响器件性能的模式、传输以及关键元部件,提出、设计并研制PLC型无源PIC器件。第一章,首先综述了MDM技术研究进展,然后简要回顾了与MDM系统密切相关的PIC技术研究现状,总结了光波导分析方法研究进展,介绍了硅基光波导制备工艺和耦合技术,最后给出了全文工作目标与主要内容。第二章,发现并定义了单模脊波导中存在着另一类隐现叠加模（HS模）。采用等效折射率法（EIM）推导得出HS模的特征方程和模场分布函数。基于所建立的HS-EIM分析模型以及全矢量有限元法（FV-FEM）仿真模型分析并对比了单模SoS脊波导中HS模的特性,发现HS模是导致脊波导模间串扰、模式跳变以及突发损耗等不稳定性的主要因素,合适的激励方式可降低HS模的影响。第三章,采用EIM与FV-FEM,确定了SoS光波导单模工作条件。探究了波导入/出端口、传输段以及分路部件中HS模演化过程及其与导波模的相互作用现象,找到抑制HS模的结构与方法。提出并优化设计了线性/非线性渐变波导、双Taper型滤模器和新型正分/斜分单元,给出1×8/16/32光功分器优化设计版图。最后,探究了SoS光波导中的偏振相关问题。第四章,提出了三种SoS-PLC型模式/偏振/波长选择器件,包括基于HS模多模干涉（HS-MMI）效应的可调型耦合器、缓冲层嵌入柱体阵列型TE起偏器以及基于开放臂结构的单级/级联可调马赫-曾德（MZ）型滤波器。基于2D-FD-BPM进行了性能分析与优化设计。第五章,提出了三种硅基光子芯片与光纤耦合结构,包括三维叠加型光波导、正弦型光栅波导与阶梯光栅型反射镜结构。采用FE-BPM分析了三类结构中的光波特性,给出了优化设计结果。第六章,给出了SoS-PLC光波导工艺和PLC型无源光子器件测试方法。自主搭建了PLC型条状/单一光子器件封装测试平台。实验探究了单模脊波导中HS模式特性,验证了HS模是导致直脊单模波导模间串扰和模式跳变的起因。第七章,完成了对加工制备后的SoS-PLC型1×8/16/32光功分器的测试,获得符合国家标准的第三方检测合格报告。开展了偏振相关问题实验研究。最后,测试分析了SoS-PLC型模式/波长选择器件的性能。
张军[10]（2012）在《光子晶体表面波导与多模波导的光传输特性》文中认为虽然集成光学的概念已经提出了近40年,但是由于用于集成的传统光子学器件在原理、材料、制备工艺等方面存在较大的差异,特别是器件尺寸较大和集成度不高,使得光子集成远未达到预期的目的。光子晶体作为一种新型的人工微周期性结构,由于能够在波长的尺度对光波产生限制效应,而得到人们广泛的关注。光子晶体波导由于具有导光高效和尺寸微小等特性,使得基于它构建的光子学器件在光集成回路中有着广泛的应用前景。本论文分别从二维光子晶体平板的外部和内部展开,结合该平板结构的全内反射和表面模特征,研究表面波导和多模干涉型波导中的光传输特性。首先研究了基于三角晶格空气孔型光子晶体平板的表面模波导的光传输特性,利用时域有限差分法模拟了表面波在光子晶体的外部空间的传输行为,结果表明,这种表面模不仅可以沿着光子晶体表面高效的导光,而且可以用来设计一款新型的、高效的和宽带宽的表面波导滤波器。此外,探索了表面波导异质结之间的耦合特性,该异质结是由不同截断参数的两个表面波导级联而成的。模拟结果表明这种异质结具有耦合效率高和对接口位置不敏感等特性。其次将没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,研究了该种波导结构中的多模干涉效应,采用时域有限差分法模拟了光传播行为。模拟结果表明该等效结构能有效地分析波导的特性。全内反射和分布式布拉格反射的联合效应引导着光场高效地沿波导传播,透射带宽随波导宽度增大而减小,并且随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,宽度和透射率也随之增加。最后基于二维平板光子晶体多模波导中的反对称多模干涉原理,研究了—种新型的2×2超微光功分器。通过调制多模干涉区内的一对空气孔的有效折射率,可以获得任意的光功率分配比。作为示例,设计了一款3dB2×2光功分器,时域有限差分法的模拟结果表明,该器件不仅具有16×8μm2的超微尺寸,而且具有97%的高输出效率。这种方法可以推广到MxN光功分器,在光集成回路中具有潜在的应用价值。
二、多模干涉型双波长光功分器的设计与研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、多模干涉型双波长光功分器的设计与研究（论文提纲范文）
（1）基于多模干涉偏振无关硅基器件的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 MMI型光功分器的研究现状 |
| 1.2.2 MMI型波分解复用器的研究现状 |
| 1.2.3 MMI型单纤三向器的研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容及结构安排 |
| 第二章 MMI原理及数值分析方法 |
| 2.1 MMI原理 |
| 2.1.1 自镜像效应 |
| 2.1.2 MMI导模传输分析 |
| 2.2 时域有限差分法 |
| 2.2.1 Yee网格划分法 |
| 2.2.2 吸收边界条件和稳定性条件 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 偏振无关MMI型光功分器的研究 |
| 3.1 结构设计与工作原理 |
| 3.2 器件参数优化 |
| 3.3 性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 偏振无关MMI型波分解复用器的研究 |
| 4.1 基于SOI的偏振无关MMI型波分解复用器的研究 |
| 4.1.1 结构设计与工作原理 |
| 4.1.2 器件参数优化 |
| 4.1.3 性能分析 |
| 4.2 紧凑型偏振无关MMI型波分解复用器的研究 |
| 4.2.1 结构设计与工作原理 |
| 4.2.2 器件参数优化 |
| 4.2.3 性能分析 |
| 4.3 总结与比较 |
| 第五章 偏振无关MMI型单纤三向器的研究 |
| 5.1 结构设计与工作原理 |
| 5.2 器件参数优化 |
| 5.3 性能分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 应用与总结 |
| 6.1 应用 |
| 6.2 总结 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（2）基于SU8胶空气包层MMI型光分路器的仿真及飞秒激光制备研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 本文的研究内容及结构 |
| 第2章 聚合物光功分器的优化设计与仿真 |
| 2.1 多模干涉耦合器的工作原理 |
| 2.2 BPM理论基础 |
| 2.3 新型光功分器的设计 |
| 2.3.1 基于BPM的光功分器的优化设计 |
| 2.3.2 1×16MMI型光分路器的设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 聚合物光功分器的飞秒激光制备 |
| 3.1 飞秒激光加工理论 |
| 3.2 飞秒激光加工系统与方法 |
| 3.3 飞秒激光加工SU8胶工艺研究 |
| 3.4 1×16MMI型光功分器的飞秒激光制备 |
| 3.5 加工路径规划及编程实现 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 MMI型光分路器的容差分析及性能测试 |
| 4.1 多模干涉型光分路器制备容差分析 |
| 4.1.1 多模干涉区域的宽度容差分析 |
| 4.1.2 MMI输入波导位置容差分析 |
| 4.1.3 MMI输出波导位置容差性分析 |
| 4.2 光分路器性能的测试 |
| 4.2.1 光分路器的性能指标 |
| 4.2.2 插入损耗和均匀性的测试 |
| 4.2.3 附加损耗和分光比 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 垂直耦合用45°微反射镜仿真及制备 |
| 5.1 45°微反射镜仿真 |
| 5.2 45°微反射镜飞秒激光制备 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 (激光加工路径程序) |
（3）偏振无关多模干涉型1×3光功分器的设计（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 工作原理及器件结构设计 |
| 2.1 MMI工作原理 |
| 2.2 器件结构的设计 |
| 3 器件参数的优化及性能分析 |
| 3.1 梯形MMI波导的优化 |
| 3.2 锥形波导的优化 |
| 3.3 性能分析 |
| 4 结 论 |
（4）基于超表面光波导器件的模式调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 背景及意义 |
| 1.2 超表面发展概况 |
| 1.2.1 金属型超表面 |
| 1.2.2 介质型超表面 |
| 1.3 光波导器件 |
| 1.3.1 多模干涉耦合器 |
| 1.3.2 模式转换器 |
| 1.3.3 全光逻辑门器件 |
| 1.4 论文主要内容及创新点 |
| 1.4.1 主要内容 |
| 1.4.2 创新点 |
| 第2章 光波导器件的模式理论与光学仿真 |
| 2.1 模式耦合理论 |
| 2.1.1 模式的正交性 |
| 2.1.2 模式的完备性 |
| 2.1.3 模耦合方程 |
| 2.2 光波导模式计算 |
| 2.2.1 Marcatili方法 |
| 2.2.2 有效折射率法(EIM) |
| 2.2.3 数值分析法 |
| 2.3 光场传输数值仿真 |
| 2.3.1 光束传播法(BPM) |
| 2.3.2 本征模式展开法(EME) |
| 2.3.3 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 金属型超表面多模干涉器的模式调控 |
| 3.1 多模干涉耦合器的模式分析 |
| 3.1.1 导模传输分析法 |
| 3.1.2 成像原理 |
| 3.1.3 成像规律 |
| 3.2 准菱形超表面多模干涉耦合器 |
| 3.2.1 介质加载型波导 |
| 3.2.2 多模干涉耦合器的结构设计 |
| 3.2.3 多模干涉耦合器的应用 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 介质型超表面模式转换器的模式调控 |
| 4.1 超表面模式转换器件的模式分析 |
| 4.2 超表面模式转换器件 |
| 4.2.1 结构设计 |
| 4.2.2 参数优化 |
| 4.2.3 测试结构设计 |
| 4.2.4 器件制作 |
| 4.2.5 器件测试 |
| 4.2.6 结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 金属型超表面光逻辑门器件的模式调控 |
| 5.1 准菱形超表面光逻辑门器件 |
| 5.1.1 结构设计 |
| 5.1.2 AND、OR以及XOR |
| 5.1.3 NAND、NOR以及XNOR |
| 5.2 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）基于SiO2波导的海洋光学传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 海洋传感器研究背景 |
| 1.2 电子式传感器技术现状 |
| 1.2.1 电子式盐度传感器技术现状 |
| 1.2.2 电子式深度传感器技术现状 |
| 1.3 光学传感器研究现状 |
| 1.3.1光学盐度传感器研究现状 |
| 1.3.2 光学深度传感器研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 1.5 论文框架结构 |
| 第二章 基于SiO_2波导的光学传感器传感机制分析 |
| 2.1 光波导有效折射率计算 |
| 2.2 单模波导的设计 |
| 2.3 SiO_2波导的光学传感机制分析 |
| 2.3.1 SiO_2波导的盐度传感机制 |
| 2.3.2 SiO_2波导的压力传感机制 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于SiO_2波导的AWG型盐度传感器设计 |
| 3.1 AWG的工作原理及盐度传感机制 |
| 3.2 AWG型盐度传感器的结构设计 |
| 3.3 刻蚀区域的形状设计 |
| 3.4 AWG盐度传感器传感效果仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于SiO_2波导的a-MZI型压力传感器设计 |
| 4.1 a-MZI的压力传感机制 |
| 4.2 基于对称干涉型MMI的1×2光功分器的设计 |
| 4.2.1 MMI分光原理 |
| 4.2.2 MMI结构设计和仿真结果 |
| 4.3 特定臂长差MZI的臂形设计 |
| 4.3.1 Ⅰ型臂的设计(正弦/余弦曲线) |
| 4.3.2 Ⅱ型臂的设计(圆弧拼接曲线) |
| 4.3.3 Ⅲ型臂的设计(螺旋曲线) |
| 4.4 基于SiO_2波导的a-MZI型压力传感器原型器件性能测试及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间参与的科研项目和发表的论文 |
| 发表的期刊论文 |
| 发表的会议论文 |
| 申请的专利 |
| 参加的科研项目 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（6）硅基亚波长结构功率/偏振分束器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 功率分配器 |
| 1.2.2 偏振分束器 |
| 1.3 硅基片上无源光器件的主要性能参数 |
| 1.4 本文主要内容与创新点 |
| 第二章 亚波长光栅结构及其光波特性研究 |
| 2.1 理论数值方法 |
| 2.1.1 频域有限差分法(FDFD) |
| 2.1.2 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.2 亚波长光栅光波特性 |
| 2.2.1 亚波长光栅结构及特性 |
| 2.2.2 数值分析与讨论 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 硅基亚波长光栅偏振不敏感型功分器 |
| 3.1 器件结构及工作原理 |
| 3.2 器件波导模式及亚波长光栅占空比分析 |
| 3.3 器件传输特性分析及参数优化 |
| 3.4 器件光场传输特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 硅基亚波长光栅型偏振分束器 |
| 4.1 器件结构及工作原理 |
| 4.2 氮化硅-硅平台波导模式及亚波长光栅周期分析 |
| 4.3 器件传输特性分析及参数优化 |
| 4.4 器件光场传输特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 硅基亚波长光栅TE通过/TM截止型功分器 |
| 5.1 器件结构及工作原理 |
| 5.2 器件波导模式特性及亚波长周期分析 |
| 5.3 器件传输特性分析及参数优化 |
| 5.4 器件光场传输特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（7）任意比例硅光功率分配器的逆向设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源、背景及其意义 |
| 1.2 绝缘体上硅材料与功率分离器简介 |
| 1.2.1 绝缘体上硅材料 |
| 1.2.2 光功率分离器的发展 |
| 1.3 反向自动优化硅光子器件的研究现状 |
| 1.3.1 像素点型自动优化硅光子器件的研究进展 |
| 1.3.2 拓扑型自动优化硅光子器件的研究进展 |
| 1.3.3 自动优化方法其他器件的研究 |
| 1.3.4 研究现状分析 |
| 1.4 本论文主要研究工作 |
| 第2章 类二维码任意比例硅光功分器的设计与优化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 多模干涉器的理论分析 |
| 2.3 类二维码任意比例硅光功分器的设计 |
| 2.4 类二维码任意比例硅光功分器的仿真结果与分析 |
| 2.4.1 2.7μm×2.7μm器件仿真结果与分析 |
| 2.4.2 3.6μm×3.6μm器件仿真结果与分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 类二维码任意比例硅光功分器的实验制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光刻前制备工艺 |
| 3.3 硅基无源器件样品制备 |
| 3.4 实验光路搭建 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 类二维码任意比例硅光功分器的测量与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 类二维码任意比例硅光功分器的测量方法 |
| 4.3 类二维码任意比例硅光功分器的实验结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间所获得的研究成果 |
| 致谢 |
（8）微纳尺度硅基无源光子集成器件及片上混合复用传输技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅光子学概述 |
| 1.2 常用硅基无源光子集成器件发展现状 |
| 1.3 硅基片上混合复用传输技术研究进展 |
| 1.4 本论文主要内容及创新点 |
| 参考文献 |
| 第二章 光波导及其器件数值分析与优化设计方法 |
| 2.1 光波导模式特性分析方法 |
| 2.1.1 频域有限差分法(FDFD) |
| 2.1.2 有限元法(FEM) |
| 2.2 集成光子器件传输特性分析方法 |
| 2.2.1 束传播法(BPM) |
| 2.2.2 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硅基条形波导-槽波导模式转换器 |
| 3.1 器件结构及工作原理 |
| 3.2 器件亚波长光栅周期及波导模式特性分析 |
| 3.3 器件传输特性及关键参数制作容差分析 |
| 3.4 改进型器件设计方案 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 硅基偏振不敏感型条形波导-槽波导功分器 |
| 4.1 器件结构及工作原理 |
| 4.2 器件波导模式特性分析 |
| 4.3 器件传输特性及关键参数制作容差分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 硅基波导十字交叉器 |
| 5.1 硅基槽波导十字交叉器 |
| 5.1.1 器件结构及工作原理 |
| 5.1.2 器件波导模式特性分析 |
| 5.1.3 器件结构参数优化 |
| 5.1.4 器件传输性能及制作容差分析 |
| 5.2 硅基条形波导、槽波导混合十字交叉器 |
| 5.2.1 器件结构及工作原理 |
| 5.2.2 器件结构参数优化及性能分析 |
| 5.2.3 器件光场传输特性分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 硅基偏振控制器 |
| 6.1 偏振分束器 |
| 6.1.1 基于非对称多模波导型槽波导偏振分束器 |
| 6.1.2 基于亚波长光栅波导型偏振分束器 |
| 6.1.3 基于非对称三波导定向耦合型偏振分束器 |
| 6.2 偏振旋转器 |
| 6.2.1 基于各向异性槽波导偏振旋转器 |
| 6.2.2 基于混合等离子体效应槽波导偏振旋转器 |
| 6.3 偏振分束-旋转器 |
| 6.3.1 集成型槽波导偏振分束-旋转器 |
| 6.3.2 基于部分刻蚀亚波长光栅波导型偏振分束-旋转器 |
| 6.4 起偏器 |
| 6.4.1 基于垂直耦合型槽波导起偏器 |
| 6.4.2 基于透明导电氧化物式波导起偏器 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 硅基片上混合复用传输技术 |
| 7.1 硅基偏振复用/解复用器 |
| 7.1.1 器件结构及工作原理 |
| 7.1.2 器件模式特性与耦合系数分析 |
| 7.1.3 器件传输特性及制作容差分析 |
| 7.2 硅基片上波长与偏振混合复用传输技术方案 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 总结与展望 |
| 全文总结 |
| 研究展望 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间的学术成果 |
（9）硅基PLC型无源光子集成器件理论与关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 模分复用技术 |
| 1.1.1 模式复用/解复用 |
| 1.1.2 模式激励/转换/放大 |
| 1.1.3 MDM中的光纤结构 |
| 1.2 光子集成技术研究进展 |
| 1.2.1 光波导材料与集成方式 |
| 1.2.2 单片集成技术 |
| 1.2.3 混合集成技术 |
| 1.2.4 三维立体集成 |
| 1.3 光波导分析方法研究现状 |
| 1.3.1 解析法与半解析法 |
| 1.3.2 数值分析方法 |
| 1.3.2.1 FEM |
| 1.3.2.2 FE-BPM |
| 1.3.3 模式探究与抑制方法 |
| 1.4 硅基光波导工艺技术进展 |
| 1.4.1 硅基光波导制备工艺进展 |
| 1.4.2 PLC型光波导耦合技术 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 脊波导隐现叠加模理论分析 |
| 2.1 HS模EIM分析模型 |
| 2.1.1 脊波导HS模 |
| 2.1.1.1 TE-HS模 |
| 2.1.1.2 TM-HS模 |
| 2.1.2 偏移激励对HS模的影响 |
| 2.2 HS模EIM分析与结果讨论 |
| 2.2.1 HS模叠加特性分析 |
| 2.2.2 HS模与积分常数的关系 |
| 2.2.3 HS模与结构参数的关系 |
| 2.3 HS模FEM分析与结果讨论 |
| 2.3.1 HS_(00)模特性分析 |
| 2.3.2 HS_(10)模特性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 SoS-PLC型光功分器优化设计 |
| 3.1 PLC型光功分器结构及指标 |
| 3.2 单模波导优化设计 |
| 3.2.1 波导截面结构 |
| 3.2.2 单模条件分析 |
| 3.3 关键元部件中HS模分析与抑制 |
| 3.3.1 入/出端口 |
| 3.3.1.1 线性渐变波导 |
| 3.3.1.2 非线性渐变波导 |
| 3.3.2 模式滤除 |
| 3.3.3 多级分路 |
| 3.3.3.1 正分单元 |
| 3.3.3.2 斜分单元 |
| 3.4 偏振相关问题分析 |
| 3.4.1 刻蚀角度影响分析 |
| 3.4.2 缓冲层裂纹影响分析 |
| 3.5 SoS-PLC型光功分器优化设计版图 |
| 3.5.1 SoS-PLC型1×8光功分器 |
| 3.5.2 SoS-PLC型1×16光功分器 |
| 3.5.3 SoS-PLC型1×32光功分器 |
| 3.5.4 SoS-PLC型光功分器版图 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 SoS-PLC型模式/偏振/波长选择器件分析与设计 |
| 4.1 基于模式选择效应的可调型光耦合器设计 |
| 4.1.1 可调型光耦合器结构及原理 |
| 4.1.2 可调型光耦合器仿真分析 |
| 4.2 基于缓冲层嵌入柱体阵列的TE起偏器设计 |
| 4.2.1 TE起偏器结构及制备工艺 |
| 4.2.2 TE起偏器优化设计 |
| 4.2.2.1 CABL-WG特性分析 |
| 4.2.2.2 TE偏振态起偏器优化 |
| 4.3 单级/级联可调MZ型滤波器设计 |
| 4.3.1 单级可调MZ型滤波器设计 |
| 4.3.1.1 单级可调MZ型滤波器结构及原理 |
| 4.3.1.2 基于线性材料臂的可调MZ型滤波器仿真设计 |
| 4.3.1.3 基于非线性材料臂的可调MZ型滤波器仿真设计 |
| 4.3.1.4 上下臂功率差对可调MZ型滤波器的影响分析 |
| 4.3.2 级联可调MZ型梳状滤波器设计 |
| 4.3.2.1 级联可调MZ型梳状滤波器结构及原理 |
| 4.3.2.2 级联可调MZ型梳状滤波器仿真设计 |
| 4.4 SoS-PLC型无源光子器件晶圆版图 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 硅基光子芯片耦合结构分析与设计 |
| 5.1 三维叠加型光波导耦合结构 |
| 5.1.1 三维叠加型光波导耦合结构及原理 |
| 5.1.2 三维叠加型光波导耦合结构分析及设计 |
| 5.1.2.1 模斑转换器 |
| 5.1.2.2 凹槽型周期结构 |
| 5.1.2.3 楔形光纤 |
| 5.2 正弦型光栅耦合结构 |
| 5.2.1 布拉格条件 |
| 5.2.2 正弦型光栅耦合结构优化设计 |
| 5.3 阶梯光栅型波导反射镜 |
| 5.3.1 阶梯光栅型波导反射镜结构 |
| 5.3.2 阶梯光栅型波导反射镜仿真分析 |
| 5.3.3 阶梯光栅型波导反射镜制备工艺 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 SoS-PLC型无源光子器件制备及测试技术 |
| 6.1 SoS-PLC光波导制备工艺 |
| 6.2 PLC型无源光子器件测试方法 |
| 6.2.1 插入损耗 |
| 6.2.2 方向性 |
| 6.2.3 均匀性 |
| 6.2.4 偏振相关损耗 |
| 6.2.5 回波损耗 |
| 6.3 PLC型光子器件耦合封装测试系统 |
| 6.3.1 条状光子芯片阵列测试平台 |
| 6.3.2 单一光子器件耦合封装测试平台 |
| 6.3.3 耦合封装工艺 |
| 6.4 SoS-PLC光波导模式特性实验研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 SoS-PLC型光子芯片测试结果及分析 |
| 7.1 PLC型光功分器测试与结果分析 |
| 7.1.1 PLC型光功分器实验室测试结果 |
| 7.1.2 江苏省通信产品质量技术监督站测试结果 |
| 7.1.3 结果分析 |
| 7.2 SoS-PLC型模式/波长选择光子器件测试与结果分析 |
| 7.2.1 可调型光耦合器测试结果及分析 |
| 7.2.1.1 锥形光纤制备 |
| 7.2.1.2 可调型光耦合器测试结果 |
| 7.2.2 单级/级联可调MZ型滤波器测试结果 |
| 7.2.2.1 单级可调MZ型滤波器测试 |
| 7.2.2.2 级联可调MZ型梳状滤波器测试 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 结论及展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间完成的科研成果及获奖情况 |
| 攻读学位期间的获奖情况 |
| 已发表和录用的期刊论文 |
| 已发表和录用的会议论文 |
| 已投递论文 |
| 已授权发明专利 |
| 已申请发明专利 |
| 攻读博士学位期间参加研究的项目 |
| 附录 |
| 附录A |
| 附录B |
| 表格索引 |
| 图形索引 |
（10）光子晶体表面波导与多模波导的光传输特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光子晶体 |
| 1.1.1 光子晶体的概念和分类 |
| 1.1.2 光子晶体的特性 |
| 1.1.2.1 光子禁带 |
| 1.1.2.2 光子局域 |
| 1.1.2.3 光子晶体表面态 |
| 1.2 光子晶体平板结构 |
| 1.2.1 平板光子晶体 |
| 1.2.2 光子晶体平板结构的制备 |
| 1.3 光子晶体表面波导和光子晶体多模波导 |
| 1.3.1 光子晶体波导及特性 |
| 1.3.2 光子晶体表面波导及特性 |
| 1.3.3 光子晶体多模波导及特性 |
| 1.4 本论文的工作目的和内容 |
| 1.4.1 论文的目的和意义 |
| 1.4.2 论文的结构和内容 |
| 第2章 光子晶体表面波导的传输特性和耦合特性 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光子晶体表面波导的光传输特性和表面波导滤波器 |
| 2.3 异质结光子晶体表面波导的耦合特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 光子晶体多模波导的光传输特性及其应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 全内反射型光子晶体多模波导中的光传输特性 |
| 3.2.1 模型与等效结构 |
| 3.2.2 结果与讨论 |
| 3.2.2.1 模拟结果与等效结构模型的比较 |
| 3.2.2.2 填充率对透射谱的影响 |
| 3.3 光子晶体反对称多模干涉效应的2×2超微光功分器 |
| 3.3.1 模型与分析 |
| 3.3.2 多功率分配比例的2×2光功分器 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 总结和展望 |
| 4.1 总结 |
| 4.2 存在的不足与下一步的工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
四、多模干涉型双波长光功分器的设计与研究（论文参考文献）
- [1]基于多模干涉偏振无关硅基器件的研究[D]. 皇甫利国. 南京邮电大学, 2021
- [2]基于SU8胶空气包层MMI型光分路器的仿真及飞秒激光制备研究[D]. 余鑫. 湖北工业大学, 2021
- [3]偏振无关多模干涉型1×3光功分器的设计[J]. 汪静丽,皇甫利国,陈鹤鸣. 光学学报, 2021(07)
- [4]基于超表面光波导器件的模式调控研究[D]. 姚超男. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(01)
- [5]基于SiO2波导的海洋光学传感器研究[D]. 李景垚. 山东大学, 2020(02)
- [6]硅基亚波长结构功率/偏振分束器研究[D]. 郭振钊. 东南大学, 2018(05)
- [7]任意比例硅光功率分配器的逆向设计与实现[D]. 刘璐. 哈尔滨工业大学, 2017(01)
- [8]微纳尺度硅基无源光子集成器件及片上混合复用传输技术研究[D]. 徐银. 东南大学, 2017(09)
- [9]硅基PLC型无源光子集成器件理论与关键技术研究[D]. 蒋卫锋. 东南大学, 2015(08)
- [10]光子晶体表面波导与多模波导的光传输特性[D]. 张军. 南昌大学, 2012(03)