一、高消光比定向耦合器开关设计（论文文献综述）
宋立甲[1]（2021）在《硅基光开关与光调制器件研究》文中认为随着云计算、物联网、媒体视频、5G以及各种智能终端的普及应用,人们对数据的需求量越来越大,对通信系统在通信容量、速度以及能耗等方面的要求越来越高,传统的通信技术逐渐无法满足海量数据传输的需求。硅光子学得益于其集成度高、带宽大、能耗低、和CMOS工艺兼容等特点,在大容量、低能耗、低成本通信方面有突出优势,是片上光互连最具有潜力的方案之一。近些年,硅光集成器件的研究取得系列重要进展,众多硅光器件表现出优异性能的潜力。但在当前工艺下,要实现高性能的器件和大规模集成仍然存在较大挑战。主要包括以下两方面:一是如何突破硅材料自身的局限性实现硅基片上有源器件,二是如何实现高一致性的硅光无源器件及大规模集成。鉴于以上挑战,本文围绕硅基光开关和光调制主题,针对马赫曾德尔结构（MZI）展开硅-聚合物电光调制与低随机相位误差光开关及阵列的研究,具体包括:第一,针对高速MZI电光调制器这一卡脖子技术,本文致力于探索高电光系数聚合物材料和硅光平台相融合的异质集成新体系,以期在更小尺寸和更高带宽方面取得突破。首先,本文将亚波长光栅波导结构与新型有机电光聚合物材料相融合,设计了低损耗的大带宽MZI强度电光调制器,其附加损耗约1.5 dB,3dB带宽超50 GHz。其次,为实现更小尺寸及更低能耗,本文设计了基于金属等离激元纳米槽波导结构的MZI调制器,其尺寸仅10μm,带宽高达THz。为了解决金属等离激元纳米波导损耗大的弊病,本文提出了新型硅基表面等离激元混合波导有源调制区结构,将其损耗降低2倍,且比传统等离激元波导具有更大的工艺容差。最后,研究了钠金属等离激元波导特性,理论上其传输损耗相比金可降低4倍。在实验方面,本文研究了极化的机制及工艺,研制了基于亚波长光栅波导及金（Au）表面等离激元纳米槽波导的硅-有机混合集成的MZI电光调制器,通过极化,初步观测到了电光调制效应,为进一步实现高性能的电光调制器奠定基础。第二,本文针对MZI光开关及阵列进行了深入研究。光开关及阵列是可重构系统中关键器件。然而,传统MZI光开关由于制作误差而偏离预设定值,因而需要对各光开关单元逐一进行精确调校,这使得大规模光开关阵列的控制反馈系统极为复杂,同时也引入了额外损耗和能耗。本文首次提出了低随机相位误差的2×2光开关单元器件的概念,其核心思想是通过引入展宽波导结构精细调控MZI干涉臂光波导的光场分布,减小波导侧壁波动对其光场传输相位的影响,进而实现近零随机相位误差的2×2 MZI光开关单元。本文首先增加相移区波导的宽度和缩短相移区波导的长度降低相移区引入的累积随机相位误差,同时,提出了曲率渐变、宽度渐变的欧拉型弯曲波导,显着降低了随机相位误差。本文演示了基于欧拉型弯曲波导近零随机相位误差的2×2 MZI光开关单元,其相移区波导为2μm×30μm,欧拉型弯曲波导9×9 μm2,与传统设计相比,新型MZS的随机相位误差的均值和标准差分别降低到原来的1/375和1/11。最后,设计了基于新型MMI结构的近零相位误差MZI光开关单元,通过粒子群算法优化MMI,实现了超大光学带宽（1520～1590 nm）范围内超低损耗（<0.1 dB）、超低串扰（<-25 dB）,△φ/Δw仅为0.0083 π/nm。第三,在实验上首次实现了 4×4、8×8和16×16等无校准MZI光开关阵列。首先,基于TES-bend的无校准4×4MZI光开关阵列,在初始无校准状态下的附加损耗为3 dB、串扰为-20dB,并实现了 30Gbps数据路由切换。其次,本文采用进一步优化的TES-bend,实现了 8×8以及16×16大规模无校准MZI光开关阵列,并对其进行封装测试。8×8 MZI开关阵列无校准状态下的附加损耗和串扰分别是3 dB、-18dB;16×16MZI开关阵列无校准状态下的附加损耗和串扰分别是～4dB、-15 dB。为了实现更大规模无校准光开关阵列,需确定单元器件的设计容限,本文首次对N×N MZI光开关阵列建立了信号传输模型,分析了相干光或非相干光多端口输入,输出端口信号损伤程度,蒙特卡洛模拟了光开关阵列规模、串扰及随机相位误差的关系,确定了不同阵列规模对随机相位误差的容限,为光开关单元的设计及光开关阵列的分析提供了指导。
张磊[2]（2021）在《集成光子学中的微结构器件研究》文中进行了进一步梳理光子集成是将功能各异的集成式光子器件大规模集成在一个基底上,使其具有系统性功能的技术。光子芯片在光互连,量子计算,光神经网络计算和生物传感芯片等领域都有很大的应用潜力,正在被广泛研究。目前发展最成熟的领域是光通信芯片,以光信号为载体的光学集成芯片可以实现高速的光信号收发,光速的光信息交互,能完美的解决计算和通信领域面临的挑战。而且光电子集成芯片的制造工艺与现有的微电子芯片工艺技术相兼容,成本低,功耗小,具有广泛使用的潜力。目前正处于高速光收发芯片,大规模光交换芯片等数千基本元件组成的系统级芯片的研究状态。但相比之下,目前光子芯片的基本元件尺度约为400μm,光子集成芯片集成度远小于集成电路,且从长远来看,光子集成芯片的发展方向之一就是提高集成度,现有的集成光子学元件大多是导波光学原理等设计的,通过波导结构来控制光的传播,理论上不具备小型化的可能性,或者说,现有的元件小型化之后元件性能会急剧下降。光子芯片不同于电子芯片,在提高集成度的发展中主要制约因素并不是微纳加工工艺精度。提高光子芯片的集成度需要基于新原理的基本元件。近年来科学家提出可以利用微纳结构阵列来控制光的传播,称为集成式超表面元件。微结构阵列对光的响应复杂,所以可以通过微结构阵列的设计来实现多种功能的器件,具有小型化,高性能和设计高自由度等优点。但是随之而来是设计的复杂度,难以建立相关的物理模型。现有的设计方式多为非物理的计算求解,将微纳结构阵列看作类二维码分布,通过特定的算法求解微结构阵列的光学响应并不断优化逼近最优结果,将物理问题转化为算法问题。然而这类方法算力需求高,对于不同参数都需要重新计算,对计算的结果也不能给出物理的分析。所以需要建立超表面元件响应的物理模型。本论文从导波光学原理出发,推导了光波导体系下的色散方程,介绍了变换光学和超材料的内容,逐步将梯度折射率元件的概念引入到集成光子学领域,提出了一种超表面元件设计的近似的物理模型,通过简单计算即可设计特定的超表面元件,能够对超表面元件的设计给出了理论和经验指导。同时也为变换光学的研究提供了平台,可以在光芯片上实现隐身衣,黑洞模拟等等。全文的主要内容如下:（一）将梯度折射率元件的概念引入了集成光子学体系。基于光波导体系下的色散方程和等效介质理论拟合了超表面周期单元微结构占空比与局域有效模式折射率的函数关系。提出了利用超表面元件在导波光学体系下实现梯度折射率元件的方法。利用这种方法在标准SOI（Silicon-On-Insulator）参数下设计了小型化高性能的伦堡透镜,耦合器,偏振分束器元件,尺度均约为10μm量级,其中伦堡透镜能够实现高效的聚焦,聚焦效率约为87%,焦点半高宽约为0.5μm,设计的耦合器能够实现不同宽度波导间的高效耦合,耦合效率远高于同等长度下的锥形耦合器。偏振分束器能够实现不同偏振光的分离,消光比可达20 d B,且设计方法能够针对不同宽度的输入输出波导,且能够和其他复用元件联合使用。（二）光开关是光子集成芯片的重要元件,目前最常用的光开关主要是马赫-曾德干涉型光开关。这种光开关大多需要基于热光或电光效应的相位调制器,而传统材料的电光,热光系数都较低,所以传统光开关的尺度大多为300μm量级。也就是说要实现光开关元件的小型化需要改变现有的材料体系,相变材料的折射率变化范围大,理论上来说利用相变材料可以设计高集成度的光开关。本论文基于相变材料设计了微结构光开关,设计的器件尺寸仅有1μm左右。在165 nm的工作带宽下,实现了插入损耗优于1.27 d B,调制深度优于0.95。这种设计充分利用了相变材料的特色,实现了低插损,高消光比的光开关。（三）光子集成中一个非常吸引人的方向是如何将光学集成的尺度做到10纳米量级,将光电集成在同一尺度上。光子集成的方式很难讲集成度缩小至亚波长尺度,所以可能要更换光子集成的载体。可能的载体是表面等离子激元,它是一种可以将光局域在纳米尺度的金属电磁表面波。本论文在表面等离激元体系下也设计了基于超表面的梯度折射率元件,设计了表面等离激元伦伯透镜和高效的耦合器。所设计的表面等离激元伦伯透镜性能良好,聚焦效率可达78%。设计的表面等离激元耦合器性能也远高于相同参数下的锥形耦合器。
张强[3]（2021）在《面向模拟光链路的硅基光子调控器件及系统研究》文中研究表明集成微波光子学是当前的研究热点,主要研究内容是使用光子集成技术将传统分立光器件构造的微波光子系统集成到光子芯片上。其主要实现的功能包括光域微波、毫米波信号的产生,光域微波光子信号传输、处理以及检测。光子集成技术的使用减小了传统微波光子系统的体积,降低了系统的功耗,提高系统的稳定性与可靠性。目前光子集成材料体系主要有磷化铟（InP）、氮化硅（SiN）和绝缘体上硅（Silicon-On-Insulator,SOI）。相比于InP和SiN,SOI材料体系具有CMOS兼容、高集成度、支持光电单片集成等优点。因此,硅基微波光子集成技术极具发展潜力硅基集成微波光子芯片的主要包含以下器件:硅基激光器、硅基调制器、硅基延时线和锗硅光电探测器等。其最有代表性的应用之一是基于硅基真延时波束成形网络的相控阵雷达。本文将对硅基集成微波光子系统中最重要的两个调控器件——调制器和延时线,进行系统性的理论和实验研究。根据微波光子链路对大动态范围和高链路增益的需求,研究了硅基调制器的非线性产生机理以及光域线性化方法;研制了低损耗高精度的硅基真延时芯片并针对其特点开发了和低侵入式延时状态监控方法。在此基础上完成了基于硅基真延时线的二维相控阵雷达接收机样机研制,并进行了系统测试。围绕以上研究内容,本文完成的工作和创新点包括:1.针对应用最广泛的硅基载流子耗尽型马赫增德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator,MZM）,本文首先建立了严格的硅基PN结的电光调制模型,使用该模型对常见的并联和串联硅基MZM进行了详细的非线性理论分析。在此基础上,我们系统性的对这两种高线性硅基调制器的综合性能进行了比较。最后,根据理论分析结果,我们设计了高线性硅基载流子耗尽型调制器并在IMEC进行了流片。2.我们对设计的高线性调制器进行了性能测试。对于硅基并联MZM,我们将两个子MZM偏置点设置在极性相反的两个正交点,通过控制两个子MZM的光功率和RF功率分配比,使两个子MZM产生的三阶非线性相互抵消。经过测试,该器件的工作带宽为40 GHz。在RF输入频率为1/10 GHz时,三阶无杂散范围(the 3rd spurs-free-dynamic-range,SFDR)达到了123/120 dB·Hz6/7。该性能为目前硅基调制器光域线性化的最高水平。对于硅基串联MZM,我们仅需要调控两个子MZM的RF功率分配比即可实现光域线性化。该器件工作带宽达到了55 GHz,在RF输入频率为1/10 GHz时,SFDR达到了109.5/100.5 dB·Hz2/3。3.本文建立了微环调制器（micro-ring modulator,MRM）的非线性理论分析模型,系统性地分析了MRM的调制非线性与品质因子Q以及工作波长之间的关系。理论计算结果表明:通过降低MRM的Q值,同时调控光载波波长,可以实现MRM的线性度提升。实验结果表明,在RF输入信号为1/10 GHz时,Q值为11000的硅基MRM的最优线性度仅为98.5/90.6 dB·Hz2/3,相比之下,Q值为5880的MRM的最佳线性度高达104.3/94.7 dB·Hz2/3。该性能达到了目前硅基MRM光域线性化的最高水平。4.本文首次提出并实验验证了硅基并联MZM可以实现RF信号的光域非线性补偿。在10 GHz的调制频率下,当输入RF信号的三阶载波抑制比(the 3rdcarrier to distortion ratio,CDR)为40/50 dB时,通过调制器的光域非线性补偿,解调后RF信号的CDR提升到了45/72 dB。5.根据总体单位对二维相控阵雷达接收机的指标要求,我们设计并制备了基于光开关路径切换结构的4通道7-bit真延时线,其中最长的通道总延时量为676 ps。该延时线使用展宽硅波导作为延时波导,其插损为0.01 dB/10 ps。另外,其开关消光比为50 dB,功耗约为28 m W。为减小监测单元（硅基定向耦合器+锗硅光电探测器）引入光损耗,我们提出了隔级交替设置监测单元与光衰减器的光开关状态监控方法,并设计了针对性的反馈控制算法。6.针对微波光子二维相控阵雷达集成化的趋势,我们使用上述设计的多通道延时线,设计并研制了一种新型二维相控阵雷达接收机。对于规模为N×N的相控阵天线,传统波束成形网络需要N2种硅基延时线。相比之下,本方法引入了光波分复用技术,仅需要N/2种硅基延时线,从而减小了系统成本。基于该方案,我们研制了首台基于硅基集成真延时线的8?8微波光子相控阵雷达接收机样机,并首次实现了从阵列天线到信号处理的全链路验证。经过系统测试,该样机的工作范围为2-6 GHz,瞬时带宽达到了4GHz,灵敏度为-99 dBm,动态范围达到了50 dB。该工作对今后二维硅基集成微波光子相控阵雷达的设计和实现具有重要参考价值。
刘大建[4]（2021）在《高性能硅光滤波器及其应用研究》文中研究说明当前,新一轮科技革命和产业变革在全球持续深入发展,各领域对网络的依赖不断增强,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。硅基光电子芯片凭借其CMOS兼容、低成本、小尺寸等独特优势,而备受关注。硅光滤波器是其最重要的元件之一,作为关键器件在波分复用和光谱传感等领域被广泛应用。本文围绕高性能硅光滤波器及其应用为主题开展研究。本文首先介绍了集成光学的发展、硅光的优势及其在光通信、光传感等领域的典型应用。之后,本文概述了硅光滤波器的研究现状和发展需求,并对片上硅波导单元器件的仿真设计和测试流程及装置做了简要介绍。其次,本文针对如何获得超大自由频谱范围（FSR）的微环（MRR）滤波器做了深入研究。首先,本文提出了基于多模弯曲波导和弯曲耦合结构的单环滤波器,引入多模弯曲波导以降低弯曲损耗,并优化弯曲耦合结构以调控模式,实现的亚微米尺寸微环滤波器FSR高达93nm,是迄今为止报道的最大值。在此基础上,还进一步提出了基于高阶绝热渐变椭圆环（AEM）的高阶环滤波器,通过引入宽度和曲率均绝热渐变的椭圆环以实现超紧凑微腔,引入弯曲耦合结构以获得所需耦合,实验表明该高阶环滤波器FSR达37nm,为目前报道的高阶MRR的最大纪录。第三,基于多模波导光栅（MWG）,本文研制了两种新型硅光滤波器。首先,针对新通信窗口、重要传感波段—2μm波段,本文首次提出并实现了基于MWG的插分型滤波器,验证的2μm硅光滤波器具有低损耗（～1dB）、高边模抑制比（>20dB）、带宽灵活可调（6～26nm）等优异性能。另外,还提出了一种基于双光栅的偏振不敏感滤波器,该滤波器由一个双偏振模式解复用器和双光栅（包括三角形MWG和矩形MWG）组成,通过巧妙的结构设计和偏振调控以实现偏振不敏感特性,并引入特殊的三角形MWG以减少反射并抑制FP共振,实现了带宽～10nm、FSR不限的偏振不敏感滤波器。第四,基于级联MWG结构,通过调控各MWG光谱特性,本文研制了多种多通道波分复用器,包括四通道粗波分复用器（CWDM）、单纤三向复用器（Triplexer）和单纤四向复用器（Quadplexer）。利用MWG滤波器光谱调控的极高灵活性和扩展性,实现了各类复用器波长、带宽各异的要求;采用切趾技术以降低串扰,并引入了渐变光栅和弯曲波导来抑制FP共振以进一步降低串扰。实验结果表明,各复用器均获得了低损耗、低串扰和平坦响应的高性能特性,且均符合国际标准要求。特别地,对于Quadplexer稀疏的通道波长和不均匀的带宽要求,在其它波导结构滤波器难以实现的情况下,本文多波长、多通道协同设计优化了 MWG的结构及光谱特性,首次在片上实现了高性能Quadplexer。总而言之,在高性能硅光滤波器及其应用方面,本文对基于MRR和MWG的滤波器做了深入且系统的研究,并成功研制了多种高性能的硅光滤波器,为今后大规模的硅光链路系统的集成提供了重要的基石。
王心怡[5]（2020）在《基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究》文中进行了进一步梳理硅基光电子集成芯片具有尺寸小、集成度高等优点。近年来,它们受到了学术界的广泛关注。随着各类硅基光电子分立器件性能的提高,人们越来越不满足于单一器件的功能实现,而是往大规模集成化方向发展,即把多个电子和光子分立元件集成在同一芯片上,实现复杂的功能。硅基光电子技术以其高集成度和互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的优势,近些年来在数据通信等领域发挥着重要作用。基于硅光技术,人们对各种类型的激光器、调制器、探测器和光开关展开了深入研究。光延迟线在光通信领域具有很好的应用前景,基于延迟线结构的脉冲复用可以提高光脉冲的重复率,从而生成高频脉冲。高频脉冲在数据通信、光子信号处理、光学模数转换等领域中起着重要作用。本文对基于光延迟线结构的片上集成光子器件进行了研究。利用多种光脉冲交织复用方式,实现了脉冲重复率的提升,可用于对微波信号的高速光采样。首先,论文介绍了延迟线芯片的基本概念和参数指标,并讨论了其具体结构和实现方案。从延迟调节范围、调节精度、传输损耗、功耗和芯片尺寸等角度出发,阐明了延迟线的结构特征,为下文各种脉冲交织器的实现提供理论依据。接着,论文从脉冲复用方式入手,分别研究了波分复用（WDM）和模分复用（MDM）的几个关键器件,并介绍了各种器件结构的工作原理和设计方案。对于MDM器件,本文分析了波导中支持的多种模式,并对波导耦合生成的高阶模式进行了仿真分析。本文还对波长-模式交织器所用到的分立器件和整个系统进行了仿真,证明了波长-模式交织方案的可行性。接着,为了实现脉冲的时分复用,本文提出了一种连续可调的延迟线,该延迟线结合了环形谐振器和马赫-增德尔干涉仪（MZI）开关阵列。开关阵列提供大范围数字式延迟调节,而微环则提供小范围延迟微调。开关采用MZI级联结构,提高了开关消光比。延迟线芯片在60 nm厚的硅波导平台上实现,平均波导损耗为0.35 d B/cm。最大延迟调节范围为1.28 ns,片上插入损耗为12.4 d B,包括由测试端口引起的损耗。在不同延迟时间下,30 Gbps开关键控（OOK）信号通过延迟线芯片传输具有较高的信号保真度。该光学延迟线芯片具有可重构性,可以用于调整脉冲序列。光脉冲多路复用基于延迟线芯片实现,开关被设置为均匀分光比。这样的光时分复用（OTDM）方案可用于产生高重复率脉冲串,可应用于光学采样。调整开关分光比和可调光衰减器（VOA）的衰减值提供不同的脉冲幅度时,可实现准任意波形生成（QAWG）。基于延迟线芯片实现OTDM和QAWG,证明了该芯片的灵活性和可重构性,能作为可编程光信号处理器使用。本文还对如何进一步提升延迟线芯片性能进行了讨论。随后,本文提出并实现了一个基于硅光集成平台的8通道波长-模式光脉冲交织器。波长和模式复用技术相结合,可以提高脉冲的重复率,而同时又不会增加单维度复用的复杂性。交织器使用级联MZI结构作为波分复用（解复用）器,将非对称定向耦合器用作模式复用（解复用）器,并将各种长度的硅波导用作延迟线。论文对交织器各个分立器件参数（如波导损耗、延迟误差和通道带宽等）对交织脉冲的损耗、延迟间隔、峰值能量、脉冲宽度和串扰等一系列指标影响进行了研究,为交织器的实现奠定了基础。实验验证了脉冲序列具有125 ps的时间间隔,延迟误差为3.2%。然后,本文在波长-模式交织器的基础上,将脉冲幅度调节和高速采样功能纳入,构成了一个硅光集成的光学采样系统。高重复率光学采样脉冲是通过将低重复率输入光脉冲与WDM和MDM相结合而获得的。WDM脉冲交织器由具有线性差分延迟的反馈型阵列波导光栅（AWG）构成。它可以实现自动波长对准,且结构紧凑、色散大、损耗低。交织脉冲的幅度可以通过反馈波导中的衰减器进行调节。多模波导中的两个高阶模用来进一步提高脉冲重复率。光学采样脉冲被多模MZI调制器调制,调制器两臂集成了“L型”PN结,提高了调制效率。采样后的脉冲由模式和波长解复用器分开,后端再做并行处理。多模调制器可以实现30 Gb/s OOK调制。多波长脉冲使用由双环耦合马赫-增德尔干涉仪（DR-MZI）构成的WDM滤波器分离,该结构具有较高的消光比。模分复用脉冲交织和分离是由非对称定向耦合器构成的模式复用（解复用）器完成。由于同时使用了波长和模式复用技术,因此脉冲重复率可以大幅提高。在实现的集成芯片中,脉冲重复率提高了8倍,这受限于后端WDM滤波器的数量。所有功能模块,包括高速调制器、偏振分束器、旋转器、延迟线以及WDM和MDM器件,都集成到了单个硅光集成芯片中,充分利用了硅光的集成能力。高速采样芯片的成功研制为在单片上实现模数转换提供了基础。论文最后对研究课题做出了总结,针对硅基脉冲交织器提出了未来研究工作展望。
李晨蕾[6]（2020）在《硅基片上模场调控器件研究》文中提出随着全球新型冠状病毒肺炎的爆发,人们不得不面临着居家、宵禁、隔离一系列的问题,疫情对整个社会的运转产生了严重的影响。于此同时,人们利用互联网进行线上沟通交流的需求更是越来越多,在线网络课程课以及虚拟会议也正在推动着对互联网数据中心的投资。硅基集成光子芯片由于其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,正作为光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。为了实现更高效快速大容量的硅基集成光子芯片,我们仍需要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量,除了已经成熟的波分复用以外,还可以发展偏振复用、模式复用技术以及混合复用技术;本文首先基于多模复用系统,提出并实现了一系列高性能的片上多通道模式调控器件;然后利用波导的双折射效应,提出并实现了一些高性能偏振调控器件;最后,通过调节波导的结构色散,并利用了铝镓砷材料的非线性特性,设计出了高效的中红外波段光学频率梳,为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。首先,在多模调控方面:我们提出了一种基于双核绝热锥形结构,这一结构利用了超模演化现象,即可以将入射且限制在宽核波导中的高阶超模,经绝热过程逐渐转化为限制在窄核波导中的高阶超模,并通过绝热弯曲波导将其进一步转化为基模输出。利用该结构,首先在50nm的超薄硅波导上实现了三通道的模式复用/解复用器,实现了在宽带1520nm～1585nm的波长范围内,小于-20dB的串扰,降低了附加损耗（小于-0.2dB）;接着,利用类似的双核绝热锥形结构,与高性能的偏振分束器结合,实现了双偏振的十通道模式-偏振混合（解）复用器,由于绝热渐变结构的特性,最终实现了所有TM和TE模式通道在～90nm的宽波段内具有较低的串扰（-15～-25dB）和较低的附加损耗（0.2～1.8dB）,是当时通道数最多的模式复用器;为了进一步减小器件尺寸,增加器件布局的灵活性,本文在十通道模式复用器的基础上,设计了能够支持十通道模式的紧凑型多模弯曲波导,利用欧拉曲线弯曲波导,实现相对较小的等效弯曲半径,实验最终实现了半径仅为40μm的多模弯曲波导,并进行了数据传输实验;最后,为了进一步提高多模片上光互联的灵活性,本文设计了三通道的任意通道上传-下载复用器,利用亚波长光栅波导的色散调控特性,能在总线波导不变的条件下,下载/上传任意模式通道,并实现了在最大60 nm的带宽中三种模式消光比大于15 dB,在最大100 nm的带宽中附加损耗小于0.32 dB。第二,在偏振调控方面:在340nm的SOI平台上,单模波导双折射效应相对较弱,偏振复用器件设计存在困难。我们针对这一问题提出了一系列的解决办法。首先利用一种三波导级联的结构设计了一种偏振分束器,通过精确控制三波导间的间隔来调节两种偏振态的模场重叠因子进而调节耦合强度,使得TM模式能够完全耦合到另一端输出,而TE模式在此耦合长度下产生耦合的强度最小,因此将两个模式分开;接着又设计了一种亚波长光栅波导辅助型非对称定向耦合结构的偏振分束器,利用了亚波长光栅的偏振选择性,增强了波导的双偏振的有效折射率差,进而增强了波导的双折射效应,同时,由于亚波长光栅能够有效增强光场的相互作用,因此有助于增强器件的紧凑型,最终实现了长度仅为2μm的超紧凑型偏振分束器;最后,为了进一步增强器件的性能,提高器件的工艺容差,将亚波长光栅波导与双核绝热锥形结构相结合,以亚波长光栅波导作为桥梁,TE模式根据超模演化理论,首先耦合到亚波长光栅波导中,然后由对称结构耦合到输出波导中进行输出,而TM模式由于强模式失配而不发生耦合现象,并从原来的波导中输出。利用绝热结构实现了超高带宽的低损耗偏振分束器,并得益于级联三波导耦合结构,进一步提高了器件的消光比,在一次刻蚀的简单工艺过程下,该器件实现了测得的TM和TE偏振的附加损耗分别为0.1～0.6dB和0.3～1dB,而测得的消光比分别大于20dB和25dB的带宽约为240nm和220nm,这比以前的结果要高得多。器件的损耗-1dB带宽也高达230nm,这比以前基于340nm SOI波导的PBS大得多。最后,本文利用模式杂化和超模演化提出一种紧凑型偏振分束-旋转器,该器件具有较大的工艺容差,且对TE和TM两种偏振态均可实现在1520～1610nm带宽范围内大于20dB的消光比。第三,利用模场的色散调控,我们基于硅基-铝镓砷平台,通过对光波导结构色散性能的分析,利用材料三阶非线性效应,设计出有一种基于高品质因子微腔的中红外波段光学频率梳,有效解决了由于高折射率差引起的带宽限制问题。同时,得益于铝镓砷超高三阶非线性系数以及高折射率差引起的高模场的限制能力,设计器件能够实现低阈值,高转换效率。为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对各种硅基片上模场调控工作做出展望。
许正英[7]（2020）在《周期电磁结构波导机理与应用研究》文中指出随着物联网、5G通信、人工智能和高性能计算等信息技术的兴起,高速率、大容量、低损耗的光子集成回路（PIC）已成为各类新型信息系统的技术基础,各种功能光子集成器件（PIDs）不断涌现。PIDs功能的拓展和性能的提高与波导材料及结构密切相关。周期电磁结构（PEMS）波导具有结构设计灵活、材料选择多样、电磁操控能力强等优势,为小尺寸、高性能、大规模集成PIDs的实现提供了新的技术途径。论文将PEMS波导和先进波导材料相结合,研究紧凑型多功能偏振控制器和片上集成波导激光器。首先,论文阐述了PEMS波导的基本工作原理,推导了耦合模方程的一般形式并给出了重要参数的解析式;分析讨论了亚波长PEMS波导等效折射率及模式特性;介绍了常用的数值分析方法,为后续PEMS-PIDs的设计和研究工作奠定基础。其次,论文针对绝缘体上硅材料平台中偏振敏感问题展开研究,提出并优化设计了三种新型PEMS偏振控制器。基于水平槽波导光栅辅助反向耦合器结构的TM通过/TE功分偏振分束器长14μm,中心波长处TE和TM模式的消光比分别为38.4 dB和20.9 dB;基于三波导混合等离子体光栅辅助反向耦合器结构的TE模式起偏器长16.48μm,工作带宽为270 nm;基于交替排列亚波长光栅结构的TM模式起偏器长5.2μm,插入损耗低于0.32dB消光比高于20 dB的带宽为155 nm。与现有光子集成偏振控制器方案相比,上述三种PEMS偏振控制器方案优势明显。然后,论文研究了基于碳系材料的PEMS偏振控制器。提出了一种基于绝缘体上金刚石材料平台的亚波长光栅辅助定向耦合器型偏振分束器,器件长22.2μm,工作带宽覆盖整个O波段;提出了一种基于石墨烯/SiO2多层膜堆栈结构的PEMS超构材料TE模式起偏器,其中心波长处的插入损耗和消光比分别为0.228 dB和15.99 dB,工作带宽为60 nm。接着,论文提出了一种片上分布式布拉格反射铒镱共掺Al2O3波导激光器技术方案,由弯曲增益波导和对称排列的布拉格光栅构成,具有结构紧凑、制备工艺简单的优势;采用磁控溅射法制备了铒镱共掺Al2O3薄膜,探究了不同退火温度对薄膜的影响,研究表明,退火温度为850℃时,薄膜的表面形貌、结晶程度、晶格结构和光致发光强度最佳。最后对论文的研究内容和结论进行总结,并对后续工作进行展望。
公姿苏[8]（2020）在《基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用》文中研究说明在大数据、云计算、物联网、高清视频等新一代信息技术日新月异的今天,“云生活”成为一种新潮的生活方式,庞大的数据吞吐量以及数据传输速率,对未来通信行业提出了更高的要求。集成光子器件得益于尺寸小、耗电少、成本低、集成度高等优势,无论是在通信、传感、计算乃至人工智能方面都有非常广泛的应用。在众多实现集成光子器件的材料中,铌酸锂凭借其良好的电光效应、声光效应、压电效应、双折射特性以及非线性效应,享有“光学硅”的美誉,在集成光子学领域占据着十分重要的地位。铌酸锂薄膜（LNOI）的问世,为铌酸锂行业的发展带来了技术革新,LNOI不但保留了铌酸锂材料的优良特性,而且由于铌酸锂与二氧化硅材料之间具有较高的折射率差（0.7）,使得基于LNOI的光波导器件无论是在器件的性能方面还是在集成度方面都有非常大的提升,因此吸引了大量的研究者。近年来,基于LNOI的光波导器件层出不穷,目前报道的主要有低损耗光波导、电光调制器、声光调制器、谐振腔、光子晶体以及非线性光学器件等。LNOI已经成功实现了与Si、SiN等平台的混合集成,能够综合各种材料的优势于一身。LNOI将来能够在大规模光子集成电路、集成微波光子系统等领域发挥重要作用,成为未来光子集成电路广泛应用的平台指日可待。但是目前LNOI仍然处于快速发展的阶段,要使LNOI成为一个具有吸引力和竞争力的集成光学平台,更多的LNOI光波导器件有待研究,尤其是基于LNOI的偏振控制器件以及光延迟线等方面,目前的研究还有所欠缺。微波光子技术,采用光子技术实现高速微波信号的产生、处理、传输与测量,自提出以来就吸引着大量的光子学以及微波领域的研究者,特别是能够克服传统滤波器电子瓶颈的微波光子滤波器,更是其中的研究热点。集成光子技术的飞速发展,将微波光子滤波器推向了全新的发展高度,不但为微波光子滤波器减小了体积、降低了成本和复杂度,同时还带来了包括带宽、光谱分辨率、噪声性能、可调谐与可重构性方面性能的大幅度提高。此外,单片集成以及混合材料异质集成技术的重大研究进展,有助于实现单片集成的微波光子滤波器。铌酸锂材料卓越的电光效应,使得其在微波光子系统中具有独一无二的优势,因此研究基于LNOI的光波导器件特别是偏振控制器件以及光延迟线,不但能够填补LNOI平台在这一方面的研究空缺,开拓LNOI集成光子平台的发展前景,还能够为未来基于LNOI的高集成度微波光子滤波器以及微波光子系统探索道路,并提供可靠的理论依据与研究基础。本文基于LNOI,提出了定向耦合型的偏振分束器以及波导光栅可调谐光延迟线,并基于上述两种器件提出了一种可调谐陷波微波光子滤波器和一种可调谐的带通微波光子滤波器。本文的主要研究内容及创新点归纳如下:（1）基于LNOI结构,充分利用铌酸锂材料自身的双折射特性,提出一种结构紧凑的定向耦合型偏振分束器。从LNOI条形波导的有效折射率分析入手,对器件进行了理论分析和建模仿真,以器件长度和消光比作为优化器件性能的评价指标,实现器件最优化设计。数值结果表明,当TE（TM）模式输入时,偏振分束器的消光比能够达到38 dB（38.8 dB）,工作带宽135 nm（50 nm）,对波导宽度的工艺容差>100 nm（40.5 nm）,对铌酸锂薄膜厚度的工艺容差约为160 nm。（2）基于LNOI结构,提出一种波导光栅可调谐延迟线,该延迟线由均匀波导布拉格光栅与分布于光栅两侧的电极阵列组成,利用铌酸锂良好的电光效应,突破了光栅延迟线的传统工作模式,通过改变外加电压的施加位置即可实现时延的主动式可调谐,通过不同的外加电压即可实现延迟线的灵活可重构。经过数值仿真与分析,光栅的最大时延可达为310 ps,可调谐范围达300 ps,调谐精度10ps,中心反射波长的调谐范围为1.66nm。（3）针对单光源微波光子滤波器偏振敏感问题提出一种基于LNOI偏振分束器和波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器,并且进行了建模仿真与实验验证,仿真（实验）结果表明,滤波器的陷波深度能够达到48.72 dB（22.54 dB）,同时测试了滤波器对干扰信号的抑制作用以及中心频率调谐性能,其中心频率调谐范围约为1.57 GHz。该滤波器具有结构简单、功耗低、响应速度快等优点。（4）基于LNOI波导光栅延迟线提出一种可调谐的带通微波光子滤波器,利用阵列波导光栅（AWG）对宽谱光源进行切割实现多抽头微波光子滤波器,采用相位调制转强度调制实现带通滤波,由于波导光栅可调谐延迟线的低功耗、多波长主动调谐的优势,只需改变延迟线的加电电压以及加电位置即可实现滤波器通带的灵活调谐。
姚超男[9]（2020）在《基于超表面光波导器件的模式调控研究》文中认为光学超表面（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。
何宇[10]（2020）在《基于亚波长结构的硅基片上复用器件研究》文中提出随着移动办公、云计算、5G、自动驾驶等互联网新业务的出现以及社会信息化进程的快速发展,人类已进入了“大数据”时代。宽带网络和数据中心的信息传输及交换容量在过去4年内增长了10倍以上,高于传统的摩尔定律,这对未来通信技术提出了更高的要求。建立大带宽、低时延、高速率、低成本的数据通信网络是通信行业发展的进一步目标。目前光通信传输技术正朝着更高调制速率和频谱效率、更低能耗和更低成本的超大容量光通信系统发展。为提升光纤无线通信网络容量,可充分利用光信号的多个物理维度,如波长、偏振、模式等。其中波分复用技术（Wavelength-division multiplexing,WDM）,以不同波长加载不同信号,可有效提升传输效率,是目前应用最广泛的复用技术。但在WDM系统中需要使用多个单色激光器,极大的增加了成本,且光通信频谱带宽有限,这些因素限制了WDM技术向更多的信道数拓展。在面对远超WDM技术所能提供带宽的问题下,空分复用、模分复用、偏振复用等方式先后提出。其中,模分复用、偏振复用在解决上述数据容量瓶颈问题的同时可以实现更小的体积、更高的信息密度,因而成为研究热点。然而目前单一复用方式已经无法满足不断增长的巨大数据容量需求,而模式复用同偏振复用技术有很好的兼容性,多种复用方式混合使用可以实现更大带宽的光链路,可以有效提高光的信息密度。本文从硅基波导中波动方程及模耦合理论出发,研究了片上多维复用技术。通过设计新的器件结构,引入亚波长光栅结构器件,实现多个具有多通道数、易拓展的模式、偏振、波长复用器件。本文的研究成果和创新点概括如下:1.基于亚波长光栅结构的模式复用器件模式复用器是未来大容量片上光通信芯片中不可或缺的结构单元,其可利用波导中的模式维度有效拓展信道数量,实现大容量光交换、传输。现有的模式复用器存在着模间串扰较高、工艺容差性能差及拓展性差的诸多问题。为此我们引入亚波长光栅结构,设计并实现了两种模式复用相关器件:1)基于亚波长光栅的11通道模式复用器:首次提出并实验验证了基于亚波长光栅（Subwavelength grating,SWG）定向耦合器的模式复用结构,可支持TE0～TE10共11路的模式信道的复用解复用功能,为目前已报道的最高阶多通道模式复用器件。器件测试得到良好的插损、串扰性能指标。得益于SWG结构有效折射率灵活可调的特性,我们所提出的模式复用解复用器对波导宽度变化有一定的容忍度。我们实验验证了该结构用于模式复用器件的工艺容差特性。2)基于光栅反向耦合器的模式阻塞器:首次提出并实验演示了一种基于SWG反向耦合器的模式阻塞器结构。该器件可用于滤除多模波导中任意模式而不影响其他模式的正常传输,达到任意模式滤除的目的。这项工作可被应用于MDM系统中,在某一模式信道被下载后滤除其残余信号,从而降低整体器件的串扰,提升MDM系统数据传输质量。作为概念性的演示实验,我们制备了两种模式阻塞器,TE0模式阻塞器和TE1模式阻塞器,分别可滤除总线波导中TE0模式和TE1模式。该器件有良好的拓展性,可通过设计反向耦合器参数实现任意阶模式滤除的目的。2.基于亚波长结构的偏振控制器件由于绝缘体上硅（Silicon-on-insulator,SOI）结构波导和包层间显着的折射率差异导致了硅基器件的偏振色散及相关损耗。偏振分集方案是一种有效的解决思路,其中使用的重要结构单元有偏振分束器（Polarization beam splitter,PBS）、偏振旋转器（Polarization rotator,PR）等。为提升现有偏振相关器件性能,我们引入亚波长结构用于优化器件工艺容差、降低偏振消光比等。针对这一目标我们设计并实现了两种偏振控制器件:1)基于亚波长光栅结构的偏振分束旋转器:实验验证了基于SWG定向耦合器结构的偏振分束旋转器,可实现TE/TM偏振光的分束及将TM旋转为TE出射的功能,可应用于偏振分集系统中。两种偏振光入射情况下均得到良好的插损及PER指标。器件工作带宽可覆盖整个C波段。相比于传统的PSR设计,该结构有较好的工艺容差性能（±40 nm）。2)基于亚波长纳米孔阵列的起偏器:为解决现有的偏振控制器件普遍存在的PER较低的问题,我们首次提出并实验验证了一种超紧凑、超宽带的基于一维光子晶体纳米孔阵列结构的TM起偏器。器件带宽可覆盖1380 nm至1625 nm的波长范围。该器件为目前基于CMOS工艺实现的偏振起偏器中最紧凑结构,器件长度仅为7.21μm。该设计可有效提升片上偏振相关器件性能指标。3.基于亚波长结构的多维复用器为进一步提升复用技术信道数量以满足大容量数据传输、交换的需求,我们在前几项工作的基础上结合MDM及PDM技术,并引入WDM以实现三个复用维度的混合复用功能。借助于SWG反向耦合器的设计,我们提出并实验验证了一种8通道波长、模式、偏振混合复用器件。本章工作创新点包括:1)首次提出了一种基于SOI基底的三维度复用技术,结合波长、模式、偏振三个复用维度;2)实验验证了8通道波长、模式、偏振复用/解复用功能,证明了多个复用维度混合复用的可行性。
二、高消光比定向耦合器开关设计（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、高消光比定向耦合器开关设计（论文提纲范文）
（1）硅基光开关与光调制器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基光子学 |
| 1.2 硅基光调制技术 |
| 1.3 可重构光开关技术 |
| 1.4 本文的主要内容和创新点 |
| 1.4.1 主要内容 |
| 1.4.2 主要创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论、仿真与工艺 |
| 2.1 光学仿真方法 |
| 2.1.1 光波导模式理论 |
| 2.1.2 硅波导模式仿真与计算 |
| 2.1.3 光场传输仿真与计算 |
| 2.2 马赫曾德尔结构的基本特性 |
| 2.3 有机电光材料 |
| 2.4 工艺制备方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 硅-有机混合的新型MZI电光调制器 |
| 3.1 硅-有机混合电光调制器的原理 |
| 3.2 硅-有机混合电光调制器研究现状 |
| 3.3 材料、结构设计 |
| 3.3.1 材料性能 |
| 3.3.2 基于亚波长光栅结构的硅-有机混合型MZI电光调制器 |
| 3.3.3 基于等离激元波导的低损耗硅-有机混合MZI电光调制器 |
| 3.4 制作与极化 |
| 3.5 测试与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 低随机相位误差2×2 MZI光开关单元 |
| 4.1 硅光开关单元的研究现状 |
| 4.2 基于展宽相移区的低随机相位误差2×2 MZI光开关 |
| 4.2.1 器件设计 |
| 4.2.2 器件制作 |
| 4.2.3 器件测试与分析 |
| 4.3 基于宽度渐变欧拉弯曲波导的低随机相位误差2×2 MZI光开关 |
| 4.3.1 器件设计 |
| 4.3.2 器件测试与分析 |
| 4.4 基于新型MMI结构的低随机相位误差2×2 MZI光开关 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 无校准的MZI光开关阵列 |
| 5.1 开关阵列的基本特性与研究现状 |
| 5.2 基于Benes拓扑结构的无校准4×4 MZI光开关阵列 |
| 5.2.1 无校准4×4 MZI光开关阵列的设计 |
| 5.2.2 测试与分析 |
| 5.3 基于Benes拓扑结构的无校准8×8 MZI光开关阵列 |
| 5.3.1 无校准8×8 MZI光开关阵列的设计 |
| 5.3.2 测试与分析 |
| 5.4 基于Benes拓扑结构的无校准16×16 MZI光开关阵列 |
| 5.4.1 无校准16×16 MZI光开关阵列的设计 |
| 5.4.2 测试与分析 |
| 5.5 N×N Benes开关阵列与随机相位误差的关系分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（2）集成光子学中的微结构器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基光子学 |
| 1.3 微结构阵列元件 |
| 1.4 梯度折射率与超材料 |
| 1.5 本文研究的内容和意义 |
| 第2章 硅基超表面梯度折射率透镜 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相关理论 |
| 2.2.1 SOI平板波导色散方程 |
| 2.2.2 等效介质理论 |
| 2.2.3 时域有限差分法 |
| 2.3 硅基超表面伦伯透镜 |
| 2.3.1 理论模型 |
| 2.3.2 理论设计 |
| 2.3.3 仿真验证 |
| 2.4 伦伯透镜耦合器 |
| 2.4.1 光纤与芯片的耦合 |
| 2.4.2 设计与验证 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 硅基超表面偏振分束器 |
| 3.1 引言 |
| 3.1.1 背景 |
| 3.1.2 集成式偏振分束器发展现状 |
| 3.1.3 硅基超表面偏振分束器 |
| 3.2 理论设计 |
| 3.3 仿真验证 |
| 3.4 稳定性分析 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 基于相变材料的微结构光开关 |
| 4.1 引言 |
| 4.1.1 背景 |
| 4.1.2 集成式光开关发展现状 |
| 4.1.3 基于相变材料的光开关 |
| 4.1.4 相变材料简介 |
| 4.2 基于相变材料的微纳结构光开关 |
| 4.2.1 理论设计 |
| 4.2.2 仿真验证 |
| 4.3 小结 |
| 第5章 表面等离激元超表面伦伯透镜与耦合器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 表面等离激元色散方程 |
| 5.3 表面等离激元超表面伦伯透镜 |
| 5.3.1 表面等离激元伦伯透镜发展过程 |
| 5.3.2 理论设计 |
| 5.3.3 仿真验证与稳定性分析 |
| 5.3.4 表面等离激元伦伯透镜耦合器 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 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 |
（3）面向模拟光链路的硅基光子调控器件及系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微波光子学简介 |
| 1.3 集成微波光子学发展趋势 |
| 1.4 硅基集成微波光子器件及系统研究进展 |
| 1.4.1 硅基集成微波光子调控器件研究进展 |
| 1.4.2 硅基集成微波光子真延时线的系统应用研究进展 |
| 1.5 本论文工作的主要内容 |
| 2 硅基调制器的调制非线性建模仿真 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 硅基PN结电光响应非线性建模仿真 |
| 2.2.1 载流子耗尽型调制器工作原理 |
| 2.2.2 硅基PN结电光响应的TCAD仿真 |
| 2.3 载流子耗尽型调制器非线性建模仿真 |
| 2.3.1 硅基Single-MZM非线性仿真分析 |
| 2.3.2 硅基Dual-parallel MZM非线性仿真分析 |
| 2.3.3 硅基Dual-series MZM非线性仿真分析 |
| 2.3.4 硅基Dual-parallel MZM与Dual-series MZM的性能比较 |
| 2.4 硅基MRM调制器非线性建模仿真 |
| 2.4.1 硅基MRM非线性模型仿真分析 |
| 2.5 流片工艺及器件设计 |
| 2.6 小结 |
| 3 高线性硅基调制器的测试与分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硅基Single-MZM器件性能测试 |
| 3.3 硅基Dual-parallel MZM器件性能测试 |
| 3.4 硅基Dual-series MZM器件性能测试 |
| 3.5 硅基MRM器件性能测试 |
| 3.6 基于硅基Dual-parallel MZM的光域非线性补偿 |
| 3.7 小结 |
| 4 硅基片上集成延时线 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 延时线总体结构设计 |
| 4.3 延时线组成单元器件设计 |
| 4.3.1 硅基延时波导 |
| 4.3.2 硅基2×2 光开关 |
| 4.3.3 硅基定向耦合器 |
| 4.3.4 PIN可变光衰减器 |
| 4.3.5 锗硅光电探测器 |
| 4.4 芯片加工工艺及版图设计 |
| 4.5 器件性能测试 |
| 4.5.1 光栅耦合器性能测试 |
| 4.5.2 硅基2×2光开关性能测试 |
| 4.5.3 硅基定向耦合器性能测试 |
| 4.5.4 PIN可变光衰减器性能测试 |
| 4.5.5 锗硅光电探测器性能测试 |
| 4.6 芯片封装设计 |
| 4.7 延时线测试与结果分析 |
| 4.8 小结 |
| 5 基于硅基集成波束成形网络的二维相控阵接收机 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相控阵雷达工作原理 |
| 5.3 微波光子相控阵雷达研究现状 |
| 5.4 硅基二维波束成形网络结构设计与分析 |
| 5.5 系统架构设计与测试 |
| 5.5.1 8×8二维相控阵雷达接收机系统性能指标与设计参数 |
| 5.5.2 8×8二维相控阵雷达接收机样机搭建与测试流程 |
| 5.5.3 方向图与系统性能的测试与分析 |
| 5.6 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作中的不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者攻读博士期间研究成果 |
（4）高性能硅光滤波器及其应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基光电子学 |
| 1.2 硅光滤波器概述 |
| 1.2.1 基于马赫-曾德干涉仪的硅光滤波器 |
| 1.2.2 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 1.2.3 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.4 基于阵列波导光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.5 总结 |
| 1.3 本论文主要内容及创新点 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 主要创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论仿真、制备和测试 |
| 2.1 硅波导光学仿真 |
| 2.1.1 硅波导模式理论 |
| 2.1.2 硅波导模式计算 |
| 2.1.3 硅波导的光场传输计算 |
| 2.2 硅基光电子器件的制备 |
| 2.3 硅基光电子器件的测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 3.1 微环谐振器的基本原理 |
| 3.1.1 全通型微环谐振器 |
| 3.1.2 插分型微环谐振器 |
| 3.2 具有超大自由频谱范围的插分型单环滤波器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 制备和测试 |
| 3.2.3 结果和分析 |
| 3.3 具有超大自由频谱范围的平顶型高阶环滤波器 |
| 3.3.1 结构和设计 |
| 3.3.2 制作和测试 |
| 3.3.3 结果和分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 4.1 波导布拉格光栅滤波器的基本原理 |
| 4.2 2 μm波段的硅基多模波导光栅滤波器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 制备和测试 |
| 4.2.3 结果和分析 |
| 4.3 基于双光栅的偏振不敏感光学滤波器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 制备和测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于级联多模波导光栅的多通道波分复用器 |
| 5.1 面向短距通信的四通道粗波分复用器 |
| 5.1.1 结构和设计 |
| 5.1.2 加工和测试 |
| 5.1.3 结果和分析 |
| 5.2 面向无源光网络的硅基单纤三向复用器 |
| 5.2.1 结构和设计 |
| 5.2.2 制作和测试 |
| 5.2.3 结果和分析 |
| 5.3 面向无源光网络融合升级的硅基单纤四向复用器 |
| 5.3.1 结构和设计 |
| 5.3.2 制备和测试 |
| 5.3.3 结果和分析 |
| 5.3.4 总结和讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 作者在学期间所取得的科研成果 |
（5）基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基集成光电子器件 |
| 1.2 集成光延迟芯片 |
| 1.2.1 集成光延迟芯片的背景与应用 |
| 1.2.2 集成光延迟芯片的实施方法 |
| 1.2.3 集成光延迟芯片的研究现状 |
| 1.3 时间交替高重频脉冲生成器 |
| 1.3.1 高频脉冲的应用 |
| 1.3.2 时间交织高重频脉冲生成器的研究现状 |
| 1.3.3 时间交织高重频脉冲生成器的面临问题 |
| 1.4 本论文结构安排及主要内容 |
| 第二章 基于延迟线结构的硅基波长-模式脉冲交织核心元件设计 |
| 2.1 硅基光延迟线 |
| 2.1.1 硅基光波导 |
| 2.1.2 移相器和可调衰减器的设计 |
| 2.1.3 光延迟芯片架构设计 |
| 2.1.4 光延迟芯片分析与讨论 |
| 2.2 波长与模式复用器件 |
| 2.2.1 波分复用器件 |
| 2.2.2 模分复用器件 |
| 2.3 基于延迟线的脉冲波长-模式复用器模型与仿真 |
| 2.3.1 脉冲复用分立模型的仿真 |
| 2.3.2 脉冲复用整体模型的仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 大范围连续可调超薄硅波导光延迟线 |
| 3.1 延迟线的设计 |
| 3.2 实验验证 |
| 3.2.1 单级和双级MZI开关的比较 |
| 3.2.2 光延迟特性 |
| 3.2.3 OTDM和 QAWG实验 |
| 3.3 进一步提升光延迟芯片性能的讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 硅基波长-模式脉冲交织器 |
| 4.1 波长-模式脉冲交织器 |
| 4.1.1 脉冲交织器的设计 |
| 4.1.2 不同参数对脉冲交织模型的影响 |
| 4.2 实验验证 |
| 4.2.1 波长脉冲交织器 |
| 4.2.2 波长-模式脉冲交织器 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 硅基波长-模式脉冲交织高速光采样 |
| 5.1 波长-模式脉冲交织光学采样架构 |
| 5.1.1 整体架构 |
| 5.1.2 核心组件的设计 |
| 5.2 实验验证 |
| 5.2.1 波分脉冲交织器 |
| 5.2.2 WDM带通滤波器组 |
| 5.2.3 多模EO调制器 |
| 5.3 总体性能评估 |
| 5.4 脉冲交织器的应用前景讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录一 符号与标记 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
（6）硅基片上模场调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上模场调控的研究 |
| 1.3.1 多模光子器件 |
| 1.3.2 偏振调控器件 |
| 1.3.3 片上混合复用技术 |
| 1.3.4 色散调控—片上光频梳 |
| 1.4 亚波长光子学器件的研究 |
| 1.5 本文工作及创新点 |
| 1.5.1 章节安排 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 硅基集成光波导理论 |
| 2.2 硅纳米线波导的基本特征 |
| 2.2.1 波导偏振色散 |
| 2.2.2 波导模式色散 |
| 2.2.3 波导结构色散和材料色散 |
| 2.2.4 克尔光频梳中的色散问题 |
| 2.3 工艺制备方法 |
| 2.4 器件的测试 |
| 3 硅基集成模式调控器件 |
| 3.1 基于超薄硅的低损耗低串扰模式复用解复用器 |
| 3.1.1 结构和设计 |
| 3.1.2 实验以及测试结果 |
| 3.2 十通道双偏振的模式复用解复用器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 实验与测试结果 |
| 3.3 紧凑型十模式多模弯曲波导 |
| 3.3.1 结构与设计 |
| 3.3.2 实验与测试结果 |
| 3.4 多模任意通道光插分复用器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 硅基集成偏振调控器件 |
| 4.1 基于三波导非对称耦合器的偏振分束器 |
| 4.1.1 结构和设计 |
| 4.1.2 实验与测试结果 |
| 4.2 基于亚波长光栅波导非对称定向耦合的紧凑型偏振分束器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 实验与测试结果 |
| 4.3 基于亚波长光栅波导的超宽带偏振分束器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 实验与测试结果 |
| 4.4 硅基低串扰宽带偏振旋转分束器 |
| 4.4.1 结构与设计 |
| 4.4.2 实验与测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于徽环谐振腔的中红外的光学频率梳 |
| 5.1 铝镓砷纳米线波导 |
| 5.2 波导结构参数选择 |
| 5.3 谐振腔设计 |
| 5.4 光频梳的仿真结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（7）周期电磁结构波导机理与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 周期电磁结构波导概述 |
| 1.1.1 周期电磁结构波导简介 |
| 1.1.2 周期电磁结构波导分类 |
| 1.1.3 主要光波导材料平台 |
| 1.2 周期电磁结构器件研究现状 |
| 1.2.1 周期电磁结构光功率分配器 |
| 1.2.2 周期电磁结构偏振控制器 |
| 1.2.3 周期电磁结构波导激光器 |
| 1.3 新型碳系材料研究进展 |
| 1.3.1 金刚石光电材料 |
| 1.3.2 石墨烯光电材料 |
| 1.4 本论文的主要工作和安排 |
| 1.4.1 本文研究意义 |
| 1.4.2 本文研究框架与路线 |
| 1.4.3 本文章节安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 周期电磁结构波导基本理论及数值方法 |
| 2.1 周期电磁结构波导中的弗洛奎定理 |
| 2.2 周期电磁结构波导的耦合模理论 |
| 2.2.1 耦合模方程 |
| 2.2.2 相位匹配条件 |
| 2.2.3 耦合模方程的解 |
| 2.3 亚波长周期电磁结构波导特性 |
| 2.3.1 亚波长周期电磁结构波导等效折射率 |
| 2.3.2 亚波长周期电磁结构波导光波特性 |
| 2.4 光波导数值分析方法简介 |
| 2.4.1 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.4.2 有限元法(FEM) |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硅基周期电磁结构光偏振控制器优化设计 |
| 3.1 硅基水平槽式光栅辅助型TM通过/TE功分偏振分束器 |
| 3.1.1 器件结构与工作原理 |
| 3.1.2 器件结构参数选择及优化 |
| 3.1.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 3.2 硅基三波导混合等离子体光栅辅助反向耦合器型起偏器 |
| 3.2.1 器件结构与工作原理 |
| 3.2.2 器件结构参数选择及优化 |
| 3.2.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 3.3 基于交替排列亚波长光栅型起偏器 |
| 3.3.1 器件结构与工作原理 |
| 3.3.2 器件结构参数选择及优化 |
| 3.3.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 碳系材料周期电磁结构光偏振控制器优化设计 |
| 4.1 基于金刚石亚波长光栅定向耦合器型偏振分束器 |
| 4.1.1 器件结构与工作原理 |
| 4.1.2 器件结构参数选择及优化 |
| 4.1.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 4.2 基于石墨烯/SiO_2多层膜超构材料式波导起偏器 |
| 4.2.1 器件结构及工作原理 |
| 4.2.2 器件结构参数选择及传输特性分析 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于周期电磁结构的铒镱共掺Al_2O_3波导激光器 |
| 5.1 铒镱共掺Al_2O_3波导激光器的基本理论和设计 |
| 5.1.1 铒镱共掺Al_2O_3波导激光器的工作原理 |
| 5.1.2 片上分布式布拉格反射铒镱共掺Al_2O_3波导激光器的设计 |
| 5.2 铒镱共掺Al_2O_3薄膜的制备 |
| 5.2.1 薄膜主要制备工艺简介 |
| 5.2.2 铒镱共掺Al_2O_3薄膜的制备 |
| 5.3 铒镱共掺Al_2O_3薄膜的表征 |
| 5.3.1 薄膜样品表面形貌表征 |
| 5.3.2 薄膜样品XRD表征 |
| 5.3.3 薄膜样品拉曼光谱表征 |
| 5.3.4 薄膜样品的光致发光特性研究 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间完成的学术论文及获得的科研成果 |
| 表格索引 |
| 图形索引 |
（8）基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件的研究进展 |
| 1.1.1 铌酸锂薄膜 |
| 1.1.2 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件研究进展 |
| 1.2 偏振分束器和波导光栅延迟线的研究现状 |
| 1.2.1 偏振分束器 |
| 1.2.2 波导光栅延迟线 |
| 1.3 微波光子滤波器及其发展现状 |
| 1.3.1 可调谐微波光子滤波器 |
| 1.3.2 集成微波光子滤波器 |
| 1.3.3 偏振分束器与光延迟线在微波光子滤波器的中应用 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 集成光波导器件理论基础 |
| 2.1 光波导理论基础 |
| 2.1.1 平板光波导的波动光学理论 |
| 2.1.2 条形光波导的波动光学理论 |
| 2.2 定向耦合器与波导光栅基本原理 |
| 2.2.1 定向耦合器基本原理 |
| 2.2.2 波导光栅基本原理 |
| 2.3 集成光波导器件分析方法 |
| 2.3.1 有效折射率法 |
| 2.3.2 光束传输法 |
| 2.3.3 时域有限差分法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器研究 |
| 3.1 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器工作原理 |
| 3.2 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器优化设计 |
| 3.3 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器性能分析与工艺流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线研究 |
| 4.1 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线工作原理 |
| 4.2 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线优化设计 |
| 4.3 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线性能测试与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于铌酸锂薄膜的偏振分束器和波导光栅可调谐延迟线在微波光子滤波器中的应用 |
| 5.1 微波光子滤波器 |
| 5.1.1 单光源微波光子滤波器 |
| 5.1.2 多光源微波光子滤波器 |
| 5.1.3 微波光子滤波器频谱响应指标 |
| 5.2 基于LNOI偏振分束器与波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器研究 |
| 5.3 基于LNOI波导光栅延迟线的可调谐带通微波光子滤波器研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）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 |
（10）基于亚波长结构的硅基片上复用器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学概述 |
| 1.2 面向光互连的硅基光子芯片 |
| 1.3 硅基光芯片多维复用技术 |
| 1.3.1 模分复用技术及其研究现状 |
| 1.3.2 偏振分集方案及其研究现状 |
| 1.3.3 多维复用技术 |
| 1.4 亚波长光栅波导结构 |
| 1.4.1 亚波长光栅结构及其原理 |
| 1.4.2 亚波长光栅器件研究现状 |
| 1.5 本文的研究工作和创新点 |
| 1.6 本文的章节安排 |
| 1.7 参考文献 |
| 第二章 硅基光波导基本理论及数值仿真计算方法 |
| 2.1 SOI平台硅基光波导结构 |
| 2.2 硅波导中本征模式 |
| 2.2.1 麦克斯韦方程组及波动方程 |
| 2.2.2 硅基波导模场分布 |
| 2.2.3 时域有限差分法 |
| 2.3 波导耦合模理论 |
| 2.4 本论文拟解决的问题以及解决方案 |
| 2.5 本章小结 |
| 2.6 参考文献 |
| 第三章 基于亚波长光栅结构的模式复用器件 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 基于亚波长光栅的11通道模式复用器 |
| 3.2.1 器件结构及工作原理 |
| 3.2.2 结构仿真及优化 |
| 3.2.3 器件加工工艺及流程 |
| 3.2.4 实验结果及工艺容差分析 |
| 3.2.5 局限性及改进方案 |
| 3.3 基于光栅反向耦合器的模式阻塞器 |
| 3.3.1 器件结构及工作原理 |
| 3.3.2 结构仿真及优化 |
| 3.3.3 实验结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 3.5 参考文献 |
| 第四章 基于亚波长结构的偏振控制器件 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 基于亚波长光栅结构的偏振分束旋转器 |
| 4.2.1 器件结构 |
| 4.2.2 仿真及优化 |
| 4.2.3 器件加工及测试 |
| 4.2.4 工艺容差分析 |
| 4.3 基于纳米孔阵列的起偏器 |
| 4.3.1 器件结构及工作原理 |
| 4.3.2 仿真及优化 |
| 4.3.3 器件加工及测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 4.5 参考文献 |
| 第五章 基于亚波长结构的多维复用器 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 器件结构及原理 |
| 5.3 仿真及优化 |
| 5.4 实验加工测试 |
| 5.5 本章小节 |
| 5.6 参考文献 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 工作总结和创新点 |
| 6.2 工作展望 |
| 附录 缩略语 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间申请的发明专利 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
四、高消光比定向耦合器开关设计（论文参考文献）
- [1]硅基光开关与光调制器件研究[D]. 宋立甲. 浙江大学, 2021(01)
- [2]集成光子学中的微结构器件研究[D]. 张磊. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2021(01)
- [3]面向模拟光链路的硅基光子调控器件及系统研究[D]. 张强. 浙江大学, 2021(01)
- [4]高性能硅光滤波器及其应用研究[D]. 刘大建. 浙江大学, 2021(01)
- [5]基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究[D]. 王心怡. 上海交通大学, 2020(01)
- [6]硅基片上模场调控器件研究[D]. 李晨蕾. 浙江大学, 2020(02)
- [7]周期电磁结构波导机理与应用研究[D]. 许正英. 东南大学, 2020
- [8]基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用[D]. 公姿苏. 山东大学, 2020(01)
- [9]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)
- [10]基于亚波长结构的硅基片上复用器件研究[D]. 何宇. 上海交通大学, 2020(01)