三维集成多模干涉型光分束器的研究

摘要

本文在理论和实验上对三维集成多模干涉型光分束器进行了深入地研究 首先对一维MMI器件一般和重叠成像特性进行理论分析，系统地给出成像位置的表达式和成像规律，并推广得到了任意输入场位置和位置数大于1所对应的成像规律，为二维MMI器件的设计提供了理论基础。在此基础上对二维MMI器件一般成像特性进行理论分析，得出成像位置可以看成两个方向成像位置的组合，相位等于两个方向相位的和的成像规律。系统分析了二维MMI器件的重叠成像现象。当输入场位置发生变化时，横截面上将产生一个或两个方向的重叠成像，可以实现一个或两个方向的非均匀分束。首次推导了有关重叠像个数、位置、相位关系及强度分布的计算公式，总结出二维MMI器件重叠成像规律，并用导模传输分析法和BeamPROP软件验证了计算公式及成像规律的正确性。论文设计、制作了基于SOI材料的三维集成多模干涉型光分束器，并在实验上首次实现了二维MMI光分束器。该器件在三维空间光互连、光同步、波分复用等方面有着诱人的应用前景。对三维集成光学器件中常见的空间多波导进行理论分析。将平面波导耦合模理论推广到空间多波导之间的耦合，导出了空间多波导的耦合方程。利用该耦合方程对空间三波导和四波导进行求解，得出场分布的解析表达式，并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果。。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1集成光学的发展现状

§1.2三维集成光学的提出

§1.3三维集成光学器件的发展现状

1.3.1垂直倾斜波导连接法

1.3.2键合法

§1.4三维集成光分束器研究及进展

1.4.1基于空间波导定向耦合的三维集成光分束器

1.4.2基于Y分支的三维集成光分束器

1.4.3基于多模干涉器的三维集成光分束器

1.4.4飞秒激光直写技术制作的三维集成光分束器

1.4.5键合三维集成光分束器

§1.5本论文的工作意义和内容

1.5.1论文的目的

1.5.2论文的创新点

1.5.3论文内容

参考文献

第二章一维多模干涉耦合器

§2.1自映像效应

§2.2导模传输分析法

§2.3多模干涉耦合器一般成像特性分析

2.3.1多模干涉耦合器一般成像位置分析

2.3.2多模干涉耦合器一般成像相位分析

§2.4多模干涉耦合器重叠成像特性分析

2.4.1出现重叠成像的条件

2.4.2成像位置和成像个数

2.4.3重叠像的强度、相位分析

2.4.4出现重叠像相干相消的情况

2.4.5特殊重叠成像

§2.5小结

参考文献

第三章二维多模干涉耦合器

§3.1三维矩形波导的马卡梯里分析

§3.2二维限制多模干涉耦合器工作原理

3.2.1单像

3.2.2多像

§3.3二维多模干涉耦合器一般成像特性分析

§3.4二维多模干涉耦合器重叠成像特性分析

3.4.1 x方向输入位置满足重叠成像条件

3.4.2 y方向输入位置满足重叠成像条件

3.4.3两个方向输入位置都满足重叠成像条件

§3.5基于二维多模干涉耦合器的功能性器件

3.5.1区域调制型可调分光比分束器的分析

3.5.2区域调制型可调分光比分束器的制作与测试

§3.6小结

参考文献

第四章器件特性分析、制作及测试

§4.1器件设计

§4.2器件特性分析

§4.3器件制作工艺

4.3.1基片和光刻版清洗

4.3.2氧化工艺

4.3.3光刻工艺

4.3.4干法刻蚀和湿法修正

§4.4测试前的准备工作

4.4.1抛光工艺

4.4.2输入光纤的腐蚀和端面处理

§4.5器件测试

4.5.1测试系统

4.5.2测试结果

§4.6小结

参考文献

第五章空间多波导之间的耦合

§5.1引言

§5.2空间多波导的耦合方程

§5.3空间多波导的耦合特例

5.3.1空间三波导

5.3.2空间四波导

§5.4空间多波导调制特性研究

§5.5小结

参考文献

第六章总结和展望

§6.1总结

§6.2存在的问题与前景展望

参考文献

致谢

附录：博士期间发表和待发表的论文