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随着现代集成光学技术的发展,集成光学系统和光互连的研究变的越来越重要。垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)是集成光学系统和光互连应用中的重要光源之一,1550nm波段更是重要的长波长通讯波段。作为集成光学中的耦合器件,光栅耦合器(Grating Coupler)具有耦合效率高、对准容差大、无需芯片端面抛光等优点,成为集成光学中最具潜力的耦合器件。本文对1550nmVCSEL和SOI片上光栅耦合器的集成设计进行了研究。首先设计了一种1550nmVCSEL,它包含有多量子阱有源区(QW)、氧化限制层、衬底和具有高对比度的分布式布拉格反射镜(DBRs)。 VCSEL的谐振腔有源区由包层、QWs和氧化限制层组成。AlGaAsSb/AlAsSb构成了DBR结构以实现晶格匹配,GaInAsN/AlGaInAs构成了QWs有源增益层。将DBR置于腔长为1五的谐振腔波节位置,有源区置于谐振腔波腹位置。采用具有比单层氧化限制层结构输出功率高0.03mW的双层氧化限制层结构。基于光束传播法和时域有限差分法分别设计了输入光栅耦合器、弯曲波导和1×2耦合器组成的1×4垂直输入光栅耦合器阵列,保证了1×4VCSEL垂直光耦合输入。分别将均匀光栅耦合器与二元光栅耦合器应用在集成中,模拟结果表明在1550nm波长处,VCSEL与这两种光栅耦合器的耦合效率分别达到了36.2%、46.6%。在器件进行对准与封装过程中,采用苯并环丁烯(BCB)作为键合介质,优化工艺参数,实现了1550nmVCSEL与SOI片上均匀光栅耦合器的集成。最后对键合对准后的VCSEL与SOI芯片进行外接PCB板和绑定金线,搭建光波导对准实验平台进行光学测试,最终得到的实测耦合效率为17.3%。本文的研究将解决阵列波导光栅解调集成微系统中输入光栅与垂直腔面发射激光器光耦合的问题,为制作阵列波导光栅解调集成微系统打下坚实基础。本课题在光纤光栅传感解调领域的发展上也起到重要推动作用。