U201214277_熊奇_高消光比硅基带通滤波器研究

本科生毕业设计[论文]高消光比硅基带通滤波器研究院系__光学与电子信息学院___专业班级____光电1207___________姓名____熊奇_____________学号____U201214277_________指导教师____汪毅______________2016年月日华中科技大学毕业设计（论文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日华中科技大学毕业设计（论文）Ⅰ摘要目前，在光通信和量子信息等领域，高消光比的带通滤波器有着十分重要的应用价值。然而，不管是传统的带通滤波器，还是光纤光栅结构的滤波器，都有他们的缺点和局限性。相比之下，硅基波导对于光场的束缚能力可提升两个数量级，高精度的硅加工技术可实现大规模、低成本制备硅基波导。因此，采用硅基波导实现高消光比带通滤波器，具有尺寸小、功耗低且易于集成的优势。布拉格光栅作为基础光学器件，在光纤通信领域已经取得了巨大的成功。同样这些成就可以被借鉴到集成光学中来。在SOI材料上制作波导和光栅的工艺已经非常成熟。利用布拉格光栅是反射型光栅的特性，我们可以以此来设计和制作硅基带通滤波器。在本论文中，我们建立了基于硅基布拉格光栅波导的带通滤波器的理论模型，模拟分析了器件的传输特性，优化设计器件的结构。最后，我们依托实验室的微纳工艺制备平台，采用先进的电子束曝光和高精度刻蚀工艺，制备了器件原型，并测试了器件的工作特性。关键词：硅基波导；布拉格光栅；带通滤波器；高消光比华中科技大学毕业设计（论文）ⅡAbstractNowadays,band-passfilterswithhighextinctionratioplayaveryimportantroleinopticalcommunicationsandquantuminformation.However,neithertraditionalband-passfiltersnorfiltersbasedonfibergratingshavetheirownlimitations.Comparedtothosestructures,silicon-basedwaveguidesenabletightfieldconfinementandreductionofdevice’footprint.Inaddition,high-precisionfabricationtechnologyforsiliconoptoelectronicdevicesmakesitpossibletofabricatesiliconwaveguidesextensivelyandlow-costly.Theseadvantagesallowustoachieveband-passfilterswithhighextinctionratio,smallsize,lowpowerdissipationandeasyintegration.Asafundamentaldeviceinopticalsystem,Bragggratinghasbeenachievedgreatsuccessinopticalfibercommunication.Withtheadvancedfabricationtechnologyofsiliconwaveguidesandgratingsonthesilicon-on-insulator(SOI)platform,thoseachievementscanalsobeusedinsiliconphotonics.RelyingonthereflectioncharacteristicsofBragggratings,wecandesignband-passfiltersonSOIchips.Inthisthesis,wedemonstratedatheoryofband-passfiltersbasedonBragggratingwaveguides(BGWs),simulatedthetransmissioncharacteristicsofthedevice,andthenoptimizedourdesign.Finally,wefabricatethedeviceandtestit.KeyWords：Bragggratingwaveguide;band-passfilter;highextinctionratio华中科技大学毕业设计（论文）目录摘要.....................................................................ⅠAbstract..................................................................Ⅱ1绪论.......................................................................................................................................11.1引言......................................................................................................................................11.2硅基光子学的发展..............................................................................................................21.3波导光栅简介......................................................................................................................31.4光栅滤波器..........................................................................................................................32布拉格光栅波导理论...........................................................................................................52.1引言......................................................................................................................................52.2布拉格光栅波导..................................................................................................................73布拉格光栅波导的设计与分析...........................................................................................93.1FDTD简介.............................................................................................................................93.2波导仿真..............................................................................................................................94制作与测试.........................................................................................................................174.1制作工艺............................................................................................................................174.2产品制作............................................................................................................................224.3测试....................................................................................................................................235结论.....................................................................................................................................24致谢............................................................................................................................................26参考文献....................................................................................................................................27附录..........................................................................................................................................29华中科技大学毕业设计（论文）11绪论1.1引言21世纪是信息的时代，信息在各个领域的地位已经变得越来越重要。时至今日，伴随人们的物质、精神文明的快速发展的同时，社会信息量也在爆炸式增长。由电载信息变为光载信息，以光通信代替电通信，是顺应21世纪通信领域向前发展大背景的需求，亦将是21世纪前半叶通信方向研究的主旋律。一般来说，只要是用光来