【摘 要】
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由于与成熟的CMOS制造技术兼容,基于绝缘体上硅平台的硅光子技术可为实现片上光网络提供一种有前景的方案。传统光开关结构是基于自由载流子等离子体色散效应和热光效应为原理来设计,且传统光开关其开关状态容易受到外界影响而发生改变,即开关机制需要持续的功率去维持。而相变材料由于其出色的性能而被认为是用于非易失性集成光子应用的候选材料。鉴此,本文将从光子集成角度考虑,着重对相变材料辅助的非易失性硅基光开关进
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由于与成熟的CMOS制造技术兼容,基于绝缘体上硅平台的硅光子技术可为实现片上光网络提供一种有前景的方案。传统光开关结构是基于自由载流子等离子体色散效应和热光效应为原理来设计,且传统光开关其开关状态容易受到外界影响而发生改变,即开关机制需要持续的功率去维持。而相变材料由于其出色的性能而被认为是用于非易失性集成光子应用的候选材料。鉴此,本文将从光子集成角度考虑,着重对相变材料辅助的非易失性硅基光开关进行研究,其主要内容与创新之处如下所述:1、相变材料辅助的非易失性硅基偏振不敏感光开关:提出了一种利用相变材料辅助的非易失性硅基偏振不敏感光开关,包括三个偏振分束/合束器,两个具有相变材料的定向耦合器以及一个偏振不敏感交叉波导。通过调节相变材料的相态,可实现偏振不敏感的开关行为。利用粒子群优化算法和时域有限差分法对所提出的器件进行全面的优化和分析。在C波段内,当TE0模式输入时,器件的串扰小于-15.98 dB,插入损耗小于0.95 dB;当TM0模式输入时,器件的最大串扰为-13.53 dB,最大插入损耗为1.37 dB。2、相变材料辅助的非易失性硅基灵活栅格波长选择光开关:提出了一种相变材料辅助的非易失性硅基灵活栅格波长选择光开关,其由交叉耦合型微环谐振器级联而成。利用相变材料晶态与非晶态之间的折射率差,控制微环的谐振与失谐状态。通过优化设计由12个相变材料辅助的交叉耦合型硅基微环构建的非易失性硅基灵活栅格波长选择光开关。通过调节加在微环之间的移相器的相位,获取可调谐的输出频谱。数值结果表明:在最大带宽情况下,频谱带宽调整范围为0.6 nm-2.14 nm,最大串扰为-15.12 dB。3、相变材料辅助的非易失性硅基多模光开关:提出了一种相变材料辅助的非易失性硅基多模光开关,其由三个模式转换器和两个基于相变材料的定向耦合器构成。通过调节相变材料的相态,可实现多模的开关行为。利用粒子群优化算法和时域有限差分法对所提出的器件进行分析和设计。仿真结果表明在1500-1600 nm波段范围内,当Ge2Sb2Te5处于非晶态时,器件的插入损耗小于0.85dB,串扰小于-37.5 dB,消光比大于8.9 dB;当Ge2Sb2Te5处于晶态时,器件的插入损耗小于1.22 dB,串扰小于-39.5 dB,消光比大于16.49 dB。
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