论文部分内容阅读
近些年来,微环滤波器由于其具有窄线宽、结构紧凑和易于大规模集成等优势而得到广泛的关注。但传统的基于电介质的微环滤波器的器件尺寸在达到单个波长量级时便不能继续降低,这极大地束缚了光子集成芯片的集成度。为了突破这个极限尺寸的限制,人们便考虑用表面等离子体波导来实现微环滤波器。这是由于表面等离子体波导能对光紧紧地束缚在波导表面,实现光的亚波长传输,因而达到降低器件尺寸的目的。本文对传统的基于电介质的微环滤波器和基于表面等离子波导的微环滤波器均进行了深入的理论研究和实验探索。以下为本文的创新和硕士期间的主要研究工作：1、对微环滤波器的工作原理进行了深入的分析,并用耦合模理论给出了微环滤波器的透射谱公式。同时给出了微环滤波器重要性能参数的表达式,分析了结构参数对其性能的影响。2、提出了一个基于并联微环结构的滤波器,该滤波器由一串互相之间不直接耦合的微环和两根直波导组成。分析结果表明：当微环的数目大于或等于6个时,该微环滤波器的透射谱具有明显的平顶陡边特性。当微环数目为6个时,其-0.5dB、-3dB、-20dB的带宽分别为0.8nm、1.6nm、1.9nm,满足波分复用系统(WDM)的要求。同时我们发现此种并联微环滤波器的平顶陡边特性和旁瓣之间存在一个矛盾关系：当微环与bus波导的耦合系数较大时(比如为0.6),其透射谱具有很好的平顶陡边特性,但旁瓣较大：当微环与bus波导的耦合系数较小时(比如为0.14),其透射谱成三角形状,但几乎没有旁瓣。因此对于此种滤波器需要我们在平顶陡边特性和旁瓣之间做一个折中。3、提出了一个基于金属纳米棒的表面等离子体波导。该波导由两串基端互相连接的金属纳米棒组成。通过将纳米棒的底部连接起来,我们在此波导中引入了一种新的相互作用机制-传到电流交换,从而减小了波导的传输损耗。理论分析表明：此种等离子波导在1.55μm处的传输长度达到20.87gm,远大于传统的基于金属纳米棒结构的表面等离子体波导。4、提出了一种基于核壳结构的表面等离子体波导,并分析了基于此种波导结构的微环滤波器的性能。理论分析表明：基于此种波导结构的表面等离子体微环滤波器的3dB线宽为1.7nm,消光比为23dB,均比传统的表面等离子体微环滤波器的性能要好。5、设计并制作了一个基于SOI晶片的单微环滤波器。测试结果表明,对于微环半径为7μm,波导间隔为1.8μm,波导截面为300x250nm的微环滤波器,其自由谱范围为18nm, drop端投射谱的消光比为15dB,through端透射谱的消光比为5dB。