论文部分内容阅读
本文主要对SiGe光波导及光器件进行了理论分析、设计模拟和流片测试。在对SiGe光波导进行数值分析的基础上，设计了SiGe-OI和SiGe-SOI光波导，并基于SiGe-OI光波导对SiGe-OI的光器件进行了研究，最后制作了SiGe-SOI光波导，并对其性能进行了测试分析。
首先对波导的理论分析方法进行了分析，选择EIM算法和二维FDTDM算法相结合的数值分析方法对SiGe光波导进行分析，既缩短了模拟计算所用的时间，又提高了模拟计算的精度。
提出了百纳米SiGe-OI脊形光波导结构，建立了百纳米SiGe-OI和SiGe-SOI脊形光波导模型，并对其模场、有效折射率、单模单偏特性、波导结构参数、波长以及Ge含量参数进行了分析；从传输损耗和耦合损耗两个方面对SiGe光波导的损耗进行了分析，在传输损耗的分析中，重点对散射损耗和弯曲损耗进行了分析，通过SiGe-OI、SiGe-SOI和SOI光波导三者的损耗对比，得出了SiGe-OI光波导损耗最小的结论；在耦合损耗中重点对模场失配损耗进行了分析，给出了采用锥形光纤与倒锥形波导耦合来减小模场失配损耗的方案；通过Ge含量对SiGe-OI和SiGe-SOI波导特性的影响，优化了SiGe-OI光波导的Ge含量，并提出了低Ge含量下，制作SiGe-SOI光波导对SiGe-OI光波导进行验证的方案。
在Y分支功率分配器理论分析的基础上，建立了SiGc-OIY分支功率分配器结构模型，重点对锥形过渡区和分支角进行了分析、优化，通过SiGe-OI、SiGe-SOI和SOI三者Y分支功率分配器的性能比较，得出了利用SiGe-OI光波导制作的Y分支功率分配器性能要好于其他两种材料Y分支功率分配器的结论；在模式正交性、完备性、耦合理论等理论分析的基础上，建立了SiGe-OI定向耦合器结构模型，重点对耦合区域进行了优化设计，通过SiGe-OI、SiGe-SOI和SOI三者定向耦合器的一系列耦合特性的比较，得出了SiGe-OI和SiGe-SOI定向耦合器的性能略差于SOI的结论，但是通过增大耦合系数、减小耦合间距和增大耦合波长的方式可以减小与SOI定向耦合器的性能差距。
从微环谐振器原理和SiGe调制机理出发，建立了基于SiGe-OI微环谐振器的电光调制器结构模型，对其滤波特性、耦合特性、以及电学调制特性进行了分析，通过结构参数和Ge含量对滤波性能和调制特性的影响，优化了基于SiGe-OI微环谐振器的电光调制器的参数取值。
根据现有的工艺条件，对SiGe-SOI光波导的工艺流程进行了设计，通过版图设计制作了百纳米尺寸的SiGe-SOI脊形光波导，经测试波导的耦合损耗和弯曲损耗较小，传输损耗较大，适合应用于毫米数量级长度的光器件中。