光学微环谐振腔的研究与应用

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1、申请上海交通大学硕士学位论文光学微环谐振腔的研究与应用学校：上海交通大学院系：电子信息与电气工程学院班级：B0703494学号：1070349125硕士生：李晓慧专业：通信与信息系统导师：苏翼凯（教授）上海交通大学电子信息与电气工程学院2009年12月第1页DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeRESEARCH&APPLICATIONSOFOPTICALMICRORINGRESONATORSAuthor:XiaohuiLiSpecialty:CommunicationandIn

2、formationSystemAdvisor:Prof.SuYikaiSchoolofElectronicsandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaDecember,2009第2页光学微环谐振腔的研究与应用摘要目前信息与通信技术正以前所未有的速度发展，根据摩尔定律的预测，大约每18个月处理器的速度和内存的大小就会翻倍，而且这个速度还将持续十年。如果光学能够在信息与通信领域发挥重大的作用，无疑它将以飞快的速度发展。全光信号处理技术，由于不需要进行光－电－光转换，逐渐成为全光网络

3、系统中前景广阔的领域之一。对于全光网络设想的实现更需要一些体积更小,结构简单,性能较稳定的光学器件。光学谐振腔是一个重要的光学器件,它在光通讯器件、光纤传感等领域里得到了广泛的应用,同时也是激光器的重要组成部分。所以具有高集成度的微纳米光学谐振腔器件必将成为一个研究的热点。本文首先介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。然后我们分析了用光子器件的有限差分时域（FDTD）仿真法设计光学谐振腔的方法。最后我们研究了两种不同材料的微纳米光学谐振腔的设计，制备和应用：1.基于绝缘体上硅波导的微纳米环形谐振腔基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-Insulato

4、rSOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementarymetal–oxide–semiconductor第I页COMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。在传统的单个环形谐振腔的基础上，本文通过增加了一个同心环，提高了传输质量，同时增加了光场。由于增加的谐振深度和检测面积，将同心环谐振腔用于传感，灵敏度比之前报道的结果提高了近10倍。2.微纳米光纤谐振腔与基于SOI的微纳米环形谐振腔相比，微米光纤环形谐振腔结构简单,制作成本低，表面光滑，损耗低。只需要用酒精灯将普通的单

5、模光纤拉伸为约5cm长的微纳米级光纤,将其绕成环形,然后通过倏逝波耦合的方式接收输出后的谐振波。本文首次提出了将带有萨格纳克环的微环谐振腔用于快慢光。同过在微纳米光纤谐振腔之后加入萨格纳克环将光反射回谐振腔，仿真结果显示提高延时效果，试验结果证明对于5Gbit/s的RZ信号，脉冲提前了58皮秒，延时带宽积比之前报道的结果提高4倍。关键词：微环谐振腔，基于绝缘体上的硅，微纳米光纤，全光器件，全光信号处理第II页RESEARCH＆APPLICATIONSOFOPTICALMICRORINGRESONATORSABSTRACTThefieldofinformationan

6、dcommunicationtechnology(ICT)iswitnessinganunprecedenteddevelopmentspeedinhistory.Moore’slawprovesthattheprocessorspeedandmemorysizearemerelydoublingeach18months,whichisexpectedtocontinueinthenextdecades.IfphotonicsisgoingtoplayasubstantialroleintheICTmarket,itwillhavetofollowthesamedy

7、namics.All-opticalsignalprocessingisoneofthepromisingtechnologiestoomitoptical-electric-opticalconvertersinfutureall-opticalnetworks.Opticaldeviceswithsmallersize,moresimiplestructureandstableperformanceareespeciallyneededinall-opticalsignalprocessing.Microringresonatorisanimportanto