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硅基光栅辅助反向耦合器的原理及应用研究

【摘要】:随着科技的不断进步,世界上每天都会产生巨大的数据量,要完成对这些数据量的高效处理,就需要高性能的计算系统,这就对互连技术提出了很高的要求。传统电互连技术芯片依靠尺寸的减小、集成密度的提高、导线特征尺寸的减小,都可以进一步提高芯片的性能,然而却会逐渐遇到瓶颈,用光互连取代电互连已经成为公认的有效解决方案。对于芯片内、芯片间的高速光互连,除了以光代替电这一基础做法以外,还可以通过多种复用技术来进一步提升通信容量。人们已经在光纤通信中广泛使用的波分复用、码分复用等技术,对于集成光波导也有着借鉴意义。近年来,人们已经着手实现片上多种复用技术,本文正是在这一背景下,研究了光栅辅助反向耦合结构,并基于该结构提出了实现多种复用技术的新方法。具体工作如下:(1)分析了光互连以及硅基光子学的重要意义,对光波导理论、耦合模理论和计算方法进行介绍;(2)采用耦合模理论对光栅辅助反向耦合结构进行理论分析,对光谱特性的影响因素进行了详细分析;(3)就光栅宽度、波导间隔、光栅周期数以及光栅结构这四个结构参数对光谱特性的影响进行了分析讨论,并总结了它们对带宽、波长、透过率等特性的影响;(4)基于光栅辅助反向耦合器结构,提出了可应用于偏振复用的偏振分束器,详细介绍了偏振分束器的设计方法;同时,我们还提出了能够同时实现波分复用和模分复用的结构,这样可以进一步提高通信容量。对于设计出的结构,我们也进行了模拟仿真以验证其可行性。并且,还对光栅辅助反向耦合提出优化改进的方案。(5)对光栅辅助反向耦合器进行了实际制作,通过设计不同的结构参数,获取它们对耦合器谱线的影响,并结合之前的模拟结果进行了对比分析。此外,对于测试谱线上的扰动,我们也对其成因进行了必要的分析与验证。

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