论文部分内容阅读
光子晶体是一种介电常数成周期分布的介质材料,周期为光波长量级。在光子晶体材料中存在着特殊的频带,在这些频带中光波被禁止传播。如果在光子晶体中引入缺陷,则在禁带中会存在缺陷态,使得与该缺陷态相对应的波长的光子在其中可以存在和传播,利用这种特性可以设计出微米-毫米量级尺寸的光波导器件,具有很多传统波导所无法比拟的优点。本论文从光子带隙理论和制作工艺两个方面对基于SOI、带隙中心位于1550nm的光子晶体带隙材料及光子晶体波导器件进行了深入的研究。理论上采用平面波展开法(PWE)和基于完美匹配层(PML)边界条件的时域有限差分法(FDTD)相结合的技术,对二维光子晶体平板波导的带隙结构及光波传输进行了仿真,设计了多种适合于0.18m标准硅工艺的光子晶体波导器件,包括直线形波导、60°弯折波导、90°弯折波导、T形波导、Y形波导、光子谐振腔、Mach-Zehnder形波导等数种光子晶体波导结构。并对结构参数进行了优化,得到较好的传输结果。此外还将快速傅立叶变换法和Pade近似法相结合给出了谐振腔的品质因数Q的计算方法,通过品质因数研究了波长上下复用器件的设计。在理论设计的基础上,对工艺制作进行了深入的摸索。通过深紫外(DUV)曝光法和电子束(EB)曝光法分别对SOI进行曝光处理,并通过化学辅助离子束刻蚀(CAIBE)技术和电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术刻蚀了硅和SOI晶片,得到二维光子晶体平板波导样品。对该工艺过程各步骤进行了详细的研究,探询适合光子晶体波导的制作条件。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察样品,对样品的细微结构进行了全面的分析,给出了样品的三维图片。初步搭建测试系统进行测试研究,并腐蚀制作了耦合信号光使用的光纤透镜。本论文对基于SOI的二维光子晶体平板波导在理论和工艺两方面做了开创性的探索研究,为后续光子晶体集成系统的研究打下良好的基础。