一、A New Method to Measure the Coupling Efficiency of Waveguide Photodetector（论文文献综述）
武刚[1]（2021）在《光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究》文中认为伴随着5G、云计算、大数据和人工智等IT技术的迅速发展,作为其主要支撑的光通信技术也迎来了新的变革与挑战。为了实现更高的数据传输速率,光通信系统中各类光模块和光器件性能大幅提升,并逐渐向小型化、高速化、集成化的方向发展。其中,硅基亚波长光栅因其卓越的光学衍射特性,被广泛应用于激光器、光探测器、耦合器、滤波器、传感器等光电子器件中,并可利用它们实现更为复杂的光子集成电路。此外,基于高品质因子微腔的多种功能器件的出现,极大地推动了光子集成和光子芯片等领域的发展。本文主要围绕亚波长光栅分束器及一种屋形光学谐振腔展开理论分析及实验研究,主要的创新点和研究成果如下:1.研究了非周期亚波长光栅的衍射光波前相位控制特性,提出了透射光为平行光束的一维亚波长光栅功率分束器,设计了偏转角分别为15°和30°、功率比为1:2的1×2功率分束器,仿真得到分束后两光束的偏转角分别为14.4°和29.5°,功率比约为1:1.87,与设计值基本相符。此外,还提出了一维亚波长光栅合束器、透射光为会聚光束的一维亚波长光栅功率分束器、一维亚波长光栅双焦透镜等结构,并对这些器件的性能进行仿真验证。2.提出了基于双层结构一维条形亚波长光栅的偏振分束器,设计了焦距40μm,能够实现波长1.55μm、垂直入射的TM偏振光反射会聚、TE偏振光透射会聚的偏振分束器。仿真得到的TM反射光束焦距为40 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.88 μm,总反射率为90.8%;TE透射光束焦距为38.3 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.7 μm,总透射率为82.4%。该器件能够很好地实现两种正交偏振态的分离,并使分束后的光束各自会聚。3.提出了基于二维块状亚波长光栅的1×N功率分束器,理论分析中,设计了焦距为10 μm的透射型1×3和1×4功率分束器,仿真得到二者的焦距分别为9.5 μm和9.7 μm,总透射率分别为89%和87.2%,焦平面上各会聚点光场强度的半高全宽均小于2 μm。实际使用中,在SOI晶片上制备了焦距为150μm、半径为216 μm的圆形1×3功率分束器和边长为370 μm的方形1×4功率分束器,测量得到两功率分束器的焦距约为170 μm,焦平面上会聚光斑轮廓清晰。4.提出了基于二维块状亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜和柱面分束透镜。理论分析中,设计了焦距为6 μm的凸柱面透镜和凹柱面反射镜,仿真得到二者的焦距分别为5.85 μm和5.6μm,两线状会聚光斑光场强度的半高全宽分别为0.82μm和1.08 μm。实际使用中,制备了周期为0.6 μm、焦距为250μm、面积为400 μm×400 μμm的亚波长光栅凸柱面透镜,在600 μm处测得透射光束的线状远场图像,两正交方向光斑光场强度的半高全宽分别为250 μm和680 μm。当改变入射光的偏振方向时,线状光斑的归一化强度保持不变,表明基于二维亚波长光栅的柱面透镜具有低的偏振敏感性。此外,还制备了 1×2柱面分束透镜,并对其衍射特性进行测试。5.提出了基于二维块状亚波长光栅的光束偏转器,理论分析中,设计了面积为7.8μm×7.8 μm、偏转角分量为α=30°（光束在光栅平面内投影与χ轴的夹角）、β=30°（光束与z轴夹角）的光束偏转器,仿真得到光束偏转角α和β分别为31.4°和29.5°。实际使用中,制备了面积为400μm×400 μm、两偏转角分量均为30°的光束偏转器,测量得到两偏转角分量分别为α测=29.5°、β测=29.6°,实现了对平行光束精确的偏转控制。6.与他人合作提出并实现了与亚波长光栅功率分束器混合集成、对称分布的三单元/四单元单行载流子光探测器阵列。在-2V偏压下,测量得到与1×3光栅功率分束器集成的三单元光探测器阵列的最大射频输出功率为11.5 dBm@15 GHz,饱和光电流为70 mA@15 GHz;与1×4光栅功率分束器集成的四单元光探测器阵列的最大射频输出功率为13.1 dBm@15 GHz,饱和光电流为91 mA@15 GHz。和相同结构的单个单行载流子光探测器相比,饱和特性有较大的提升。7.提出了一种由非平行反射镜构成的屋形光学谐振腔,分析了不同区域入射光束的谐振条件,仿真得到顶部反射镜倾角为1°、高度为4.468μm、宽度为14.976μm的屋形谐振腔TE20,1模线宽小于0.008 nm,品质因子不小于1.938×105。与具有相同尺寸参数的平行平面腔相比,屋形谐振腔能够将光场限制在更小的区域,实现了更小的光谱线宽、更高的品质因子和更小的模式体积。此外,还提出一种扩展结构的锥顶形光学谐振腔,并对其谐振特性进行了理论分析。
姜馨[2]（2020）在《集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统设计》文中研究指明近年来,集成芯片式光谱仪的出现解决了由于光谱仪尺寸过大带来的一系列问题,而光束耦合决定了光谱仪的工作效率。集成芯片式光谱仪光束耦合时存在芯片磨损、尺寸不匹配和耦合效率低等一系列问题。尤其是当集成芯片式光谱仪接收端为线性离散分布的波导阵列时,直接用光纤耦合会导致波导间隙能量浪费甚至边缘位置波导接收不到能量,从而会减少能量利用率,降低耦合效率。本论文针对一款新型集成芯片式光谱仪设计所匹配的非接触式前端耦合光学系统。将高斯光束整形为反高斯光束,使边缘位置波导能够接收到足够能量;利用扩束系统匹配光束口径;利用微透镜阵列将光束离散耦合到对应波导上,提高耦合效率;利用柱面镜压缩光线,匹配线性分布的波导。最终在380nm-780nm波段内将光纤光束离散地成像在集成芯片式光谱仪上,使离散的波导阵列均能够接收到足够能量响应。系统结构简单无需调节,为集成芯片式光谱仪耦合方式的研究提供了一种新思路和新方法。同时,本论文在设计集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统的基础上,设计了所匹配的耦合监测系统。通过共用光路的方式在实现光束耦合的同时实现光斑与波导阵列的对准监测,使集成芯片式光谱仪达到更好的耦合效果。最后,本论文对所设计的耦合光学系统的耦合效率进行了计算与分析,分析表明其耦合效果明显优于传统耦合方式,耦合效率与传统耦合方式相比提高至2.57倍。因此本论文所设计的系统有效地解决了离散线性波导阵列集成芯片式光谱仪耦合效率低的问题,在实际工程应用中具有重要的指导意义。
李雁夏[3]（2019）在《斜面光纤与光电探测器光学耦合性能研究》文中研究指明在光电探测器芯片的测试中,一般采用平面光纤垂直耦合的方式将光信号输入。由于光纤与探测器光敏面离面耦合、高频探针对探测器扎针以及显微镜观测均在光电探测器芯片的垂直方向上,四者间的相对位置关系空间重叠程度高,这将会对测试造成一定影响,为满足实验需求而进行的繁琐的位置调整和夹具载物台等的选择工作会耗费大量的测试时间,降低测试效率。利用斜面光纤与探测器水平耦合的方式可以有效避免垂直耦合过程中存在的问题,减少搭建测试实验系统的时间,提高测试效率。本文主要研究斜面光纤与器件的光学耦合情况,主要是与光电探测器芯片的耦合,以具体的测试实验结果验证了仿真结果,并且还利用光纤法珀腔效应研究了空间光路的微距测量方法。1、首先利用Lumerical对斜面光纤出射光场进行仿真,分别模拟了纵向偏移、横向错位以及光纤角度扭转等耦合误差对耦合效率的影响,还研究了宽谱光源、不同切角的斜面光纤等对输出光场的影响。2、设计斜面光纤与探测器耦合实验系统,依据仿真结果,通过实验进行检验。3、搭建光纤微距测量系统,分别利用两平面光纤光纤端面,斜面光纤端面与探测器光敏面等作为光纤法珀腔,采用光谱仪和可调谐激光器进行扫谱,通过频谱分析与计算求出理论腔长值;同时通过侧面高倍显微镜测量出实际腔长值与之相比较。图58幅,表7个,参考文献58篇。
刘昂[4]（2019）在《微结构硅基光子学器件性能的研究》文中研究说明集成电路（IC）由于量子尺寸和功耗问题越来越无法满足现代社会对高速数据处理和信息传输的要求。人们越来越关注到光子作为信息载体时的独特优势,希望可以利用光子延续摩尔定律的发展。在这样的时代背景下,硅基光子学得到了广泛的研究。而对硅基光子系统性能的提升成为了重要的课题。除了利用基于传统理论的设计和优化方法外,将其他领域的理论向光学领域和硅基光子系统进行推广以及结合近些年发展迅速的人工智能和逆向设计等新的技术手段都将为提升硅基光子系统的性能提供新的动力。本论文主要研究了提升硅基光子系统性能的新方法,主要创新点如下。引入了时空对称理论,提出了在自发PT对称性破缺的双模波导中,损耗介质对模式耦合损耗具有额外的增强作用。通过在双模SOI波导上设计有效折射率实部和虚部的微扰分布,构建了处于厄米相、破缺的PT对称相和纯吸收相的三种器件。通过数值计算和实验有效地验证了当系统处于破缺的PT对称相时,相比于纯吸收相将具有更高的对目标输出模式能量的损耗。在该方案中,损耗介质在常规的光吸收作用以外,还引入了从厄米相到破缺的PT对称相的相变,而后者强烈地阻止从输入模式到输出模式的能量耦合,可以有效地增强模式耦合损耗。实验结果显示,模式耦合损耗增强因子可以达到17dB,且具有较高的带宽。通过时空对称理论增强硅基SOI波导内模式耦合损耗的方案,可以为吸收型光强度调制器或光开光提供一种新型的设计思路,使得对于电控损耗介质的利用更加高效,提高调制深度或消光比。引入了人工神经网络算法,提出了使用卷积神经网络分析多模波导内模式能量分布的方案。该方案不依靠以往常用的空间模式排序技术,降低了器件层面的复杂度,并将此负担转移到了数据处理层面。针对片上常见的薄SOI多模波导和SOI重多模波导,分别设计了专用的卷积神经网络和普适的二维卷积神经网络,从而利用预处理后的远场光强图像预测模式能量分布。这些训练好的卷积神经网络的性能经验证能够达到较高水准。在SOI重多模波导中,该性能也没有下降。此外,训练好的卷积神经网络经验证对噪声具有较高的鲁棒性。这种利用卷积神经网络分析多模波导中的模式能量分布的新方法对于空分复用和结构光领域具有较高的潜在应用,并且可以拓展到多模光纤体系。引入了逆向设计理念,提出了利用粒子群优化（PSO）算法设计超小尺寸高性能的硅基模式转换器的方案。该方案将模式转换器耦合区域的单侧宽度变化和总长度参数化,并给予它们合理的取值范围形成解空间。以FDTD计算出的TE00模的平均前向透射率为适合度函数,不断更新在解空间搜索的粒子的速度和位置,从而逐渐逼近全局最优解。根据上述逆向设计的理念,得到了模式转换器的全局最优参数（或接近最优）并对其尺寸、插损、背向散射、模式转换率、模式纯度和加工误差容忍度等多个性能指标进行了分析。通过和前人结果进行比较,该模式转换器表现优异。
余晓波[5]（2019）在《光波导探测器结构设计及工艺研究》文中指出随着移动互联网和通信技术的飞速发展,5G技术在近几年成为业界焦点。光通信技术作为5G的重要支撑,对光通信芯片的性能要求也在不断提高。光电探测器作为光通信网络接收端的重要组成芯片,其性能优劣也决定了整个光通信网络系统能力。特别是在光电集成（OEIC）和光子集成（PIC）的系统中,对传统的分立型光电探测器芯片提出了新的要求,如:高速率、低功耗、易于与系统中其他器件集成等。本文介绍了高速光波导型光电探测器的结构设计和工艺研究,研究分析了影响光波导探测器各技术指标的性能参数,研究设计器件有源层结构、波导结构和外延结构。研究设计的输入耦合光栅、分布布拉格反射器结构并与芯片端面光学镀膜等结构结合有效解决了传统光波导器件水平耦合难度大、耦合效率低的问题,并同时解决了传统面入射型光电探测器响应度与频率带宽相互矛盾的问题,降低了芯片测试成本,提高测试效率。对制作该结构光波导探测所用的ICP、全息干涉曝光等半导体关键工艺进行研究、开发、调试,并得到满足光波导探测器工艺要求的各工艺参数。设计了整套合理有效的芯片工艺流程。最后对制作的芯片性能进行了测试、分析。本文的主要内容包括以下几个方面:1、研究光探测器的性能指标,对影响光探测器各技术指标的性能参数进行分析。确定满足40GHz带宽要求的光波导探测器性能。2、采用PIN设计光波导探测器的有源区域。研究计算所用半导体材料的能带结构、晶格匹配和折射率等参数,使用Silvaco和Matlab软件对PIN结构的暗电流、结电容及3dB带宽进行仿真计算。确定了满足40GHz带宽要求的PIN结构参数。3、根据光波导理论,结合Rsoft软件设计光波导的结构和耦合光栅的结构参数,设计器件的外延结构。计算了波导探测器的吸收波长并根据器件性能要求,确定波导的长度、结电容等参数。对分布布拉格反射器和光学高反膜的原理、结构进行研究,设计了反射率可达95%以上的DBR,和反射率达到99%以上的芯片端面光学高反膜。可有效提高芯片的耦合效率。4、从半导体工艺技术出发,对设计的光波导探测器所需的一些关键工艺进行研究。研究开发全息干涉曝光工艺制作耦合光栅,对器件制作所需的ICP干法刻蚀和光学介质镀膜工艺进行了理论研究。设计了光波导探测器的制作工艺流程和光刻版图。
刘维康[6]（2019）在《基于表面等离激元的光电探测》文中认为表面等离激元光子学是纳米光学中最活跃的分支之一,主要研究金属纳米结构受光激发后产生的电子集体振荡,以及与之相耦合的电磁场倏逝波。表面等离激元具有场增强、共振波长可调性,以及能够突破介质光学的衍射极限,因此在全光芯片、集成光电芯片等方面具有十分诱人的应用前景。目前,研究者们已经实现了一系列的功能器件,比如等离激元激光器、贵金属波导网络、片上相位调制器、等离激元探测器等。其中,基于表面等离激元的光探测器是集成芯片的重要部分。这方面的研究主要集中在两个方面:一是利用表面等离激元结构增强传统光探测器的响应,提供波长分辨、偏振分辨、手性分辨等功能,甚至利用热电子等新机制来突破材料带隙带来的探测波长限制;二是利用波导结构把光探测器从垂直结构变为平面结构,实现在片上探测传导的表面等离激元,用于全光芯片与微电子芯片的硬件接口。表面等离激元光探测的相关研究包含大量的物理问题,如光热转化,热电子过程,波导中光传输,不同光场模式的耦合等。该研究又包含许多工程技术问题,如器件微纳制加工方法,CMOS兼容的器件设计等。虽然这些难题给我们的研究带来了许多挑战,但其中蕴含着的机会也激励着我们不断创新。本论文围绕着基于表面等离激元的光电探测,在两方面都进行了研究。论文将表面等离激元结构与近年来备受关注的光热电效应相结合,实现了等离激元调制和增强的硅基光热电型光探测器。研究还将半导体纳米线与等离激元波导结合在一起,实现了在亚波长尺度下,对表面等离激元的片上探测。论文的主要创新点和研究成果包括有:1、从实验和理论上研究了硅纳米带的光电响应,并通过伏安特性曲线和空间分辨的光电流扫描,区分了由不同接触类型引起的硅纳米带中的光伏效应和光热电效应。在混合接触类型的样品中,我们还观察到了两种机制的共存和竞争。通过建立光热电效应的全过程多物理模型,研究将光生载流子产生,载流子-晶格双温度,和半导体输运过程成功结合起来。该理论模型成功地解释了实验中观察到的功率依赖光电压饱和效应,并为体系的进一步优化提供了理论基础。2、将窄缝光栅（一种典型的等离激元共振结构）与硅纳米带相结合,实现了等离激元调制的光热电探测器。该器件具有对入射光的波长和偏振选择性响应。通过在光栅区域照射聚焦的633nm激光,可以实现高达82 mV/μW的开路光电压。高响应主要归功于轻掺杂硅较高的Seebeck系数和等离激元结构引起的共振吸收。通过实验和计算中得到的角分辨反射色散谱,研究证明了增强共振光吸收的主要机制来源于硅纳米带中与等离激元杂化的类波导模式。3、实现了具有良好近场耦合效率的表面等离激元片上探测器,并在光电流谱中观察到了Fabry-Perot腔导致的周期性振荡现象。通过控制金波导与硅纳米带之间的间隙,优化了表面等离激元与硅纳米带之间的近场耦合,这对于缩小器件尺寸十分重要。我们创造性地通过在金纳米线与衬底之间插入一层50 nm的硅薄膜,优化了通过微纳加工技术制备的金纳米线在SOI基底上的传导。最后成功地实现了小型化的纳米线结构的等离激元片上探测器。我们提出的器件具有足够的片上探测效率,可用于表面等离激元全光芯片和微电子芯片之间的光电转换接口。
崔杰[7]（2016）在《基于光栅波导的光学触摸屏》文中研究说明新型便携式电子产品,如可穿戴设备、智能手机、平板电脑等都以惊人的速度在发展,并在各个领域为人类提供极大的帮助。在这其中,触控作为人与显示系统的交互方式,正发挥着越来越重要的作用。触控技术的优劣与体验感受密不可分,人们对于高效率、轻薄化、低功耗的追求一直没有停止。然而,对于目前的触控技术而言,无论是电阻式触摸屏,还是电容式触摸屏都存在着一些不足。光学触控方式凭借其高稳定性,高透光率以及适用大尺寸显示等优点受到国内外研究者的广泛关注。本文利用光栅波导对入射光的衍射耦合特性,并结合平板波导触控方式的特点提出了一种新型的可远程触控的光学触模技术。本论文利用严格耦合波分析法和时域有限差分方法设计出合适的光栅参数,用以耦合触控光源形成检测光。根据设计的参数,制备出相应的光栅波导触摸屏。最终将触摸屏和设计的电路驱动系统进行组合测试以验证触控识别的可行性。这种触控方式具有低功耗、支持远程触控、响应速度快、以及结构简单易于制备等优点。有望成为未来光学触控的一种新型主流技术。本文的主要研究内容包括以下几个方面:（1）介绍了传统光栅波导的结构和参数定义,详细推导了一维光栅的布拉格相位匹配条件,即光栅耦合方程;讨论了如何通过矢量图方法来分析光栅耦合的特性;介绍了光栅耦合器件中常用的两种数值计算方法,时域有限差分（FDTD）和严格耦合波分析（RCWA）。（2）通过矢量图分析了光栅周期和光源入射角对波导耦合的影响,主要分为四种耦合方式:自由空间耦合,衬底耦合,导模耦合和无耦合。利用导模的模式本征方程讨论了波导层厚度对耦合的影响,包括各阶模的截止厚度、波导中可能存在的导模数目等。通过数值模拟的方式研究了光栅各个参数,如光栅占空比、光栅高度等对耦合效率的影响。（3）根据耦合光特性设计了触摸屏的电路驱动系统,包括光信号检测,信号放大,信号处理,控制器程序设计等。（4）根据仿真设计参数,利用激光干涉曝光方式制作出光栅波导式触摸屏。通过对光栅的耦合光谱测试,得到了和理论设计一致的结果。最后,将触摸屏和电路驱动系统结合测试,验证了触控屏的单点触控,多点触控的特性,探究了单路信号、多路信号的响应速度。
王欢欢[8]（2021）在《面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究》文中研究指明随着超高速移动网络和互联网连接设备的激增,以及人工智能（AI）的兴起,网络通信量呈“爆炸式”增长。为了满足人们对网络带宽以及数据容量日益增长的需求,对光通信中的光电子器件的可靠性、小型化、灵敏度,功耗和成本等多方面都提出了极高的要求,使得光子集成器件和光电集成器件的优势逐步凸显。光子集成和光电集成中涉及的关键技术包括材料生长、结构设计、制备工艺等方面。在结构设计方面,一些功能性无源器件在其中扮演着重要角色,比如光学谐振腔。光学谐振腔可以应用于激光器、滤波器、光电探测器、光调制器、传感器等各类光电子器件中。因此对光谐振腔的结构进行设计和优化,并将其应用于各类光电子器件中提高器件的性能尤为重要。本论文围绕面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔展开研究。主要的创新点和研究成果如下:1.提出了一种新型的屋脊型光学微腔。该微腔的顶镜呈屋脊形状,是由两个对称且具有适当倾角的分布式布拉格反射镜（DBR）组成,其底镜为平面DBR结构。由于顶镜的特殊设计,不仅使腔内模式光的谐振光束光程大大增加,提高了品质因子,而且将腔内光场限制在中心较小区域,减少了腔的有效模式体积。当谐振波长λ=1550nm,顶镜倾角α=5°,腔长为474.59nm,横向尺寸为2907nm时,提出的光学微腔能够获得较高的品质因子和较小的模式体积,其品质因子（Q）达到5762.9,有效模式体积为0.256μm3。而同等尺寸下的FP型光学微腔的品质因子为3988.9,有效模式体积为0.696μm3。因此,屋脊型光学微腔的品质因子提高了 44.7%,而有效模式体积减少了 63.2%,其 Q/V 提高了 3.93 倍。2.提出了一种新型的锥顶柱状光学微腔。该微腔的顶镜是由圆锥形状的DBR构成,底镜为平面圆形DBR结构。由于顶镜的特殊设计,使得该微腔的边界衍射较小,而且光能大部分限制在腔内中心区域,具有较小的模式体积和较大的品质因子。当谐振波长λ=1550nm,顶镜倾角α=4.5°时,腔长为4508.71nm,直径为2821.2nm时,该光学微腔的Q值达到了 52748.6,有效模式体积为0.239μm3,而同等尺寸下的圆柱型光学微腔的品质因子为43603.2,有效模式体积为0.526μm3。因此,锥顶柱状光学微腔的品质因子提高了 21%,而有效模式体积减少了 51%,其Q/V提高了 2.66倍。此外,研究了锥顶的容忍度和输出光束特性,结果表明,该微腔有较好的光束输出特性,且在120nm的平顶范围内,该微腔顶镜具有较高的容忍度。3.对集成芯片中VCSEL单元的光学谐振腔进行了优化设计,提出了新型的腔内DBR结构。腔内DBR结构是指由两个低反射率反射镜构成的低Q值谐振腔,且腔内包含了高反射率的周期性DBR。两个腔内DBR结构构成了 VCSEL的光学谐振腔。仿真设计结果表明,VCSEL顶镜和底镜的反射谱在发射波长850nm处可具有接近99.7%的高反射率,在探测波长805nm处可具有超过95%的透射率,而且高透射率的探测窗口范围可超过15nm。4.完成了上述集成芯片制备和集成芯片中VCSEL单元与PIN光探测器单元分别的测试。首先对集成芯片中的VCSEL单元进行测试,测试结果表明,VCSEL单元能够成功激射,测得阈值电流是9mA,斜率效率大约0.74W/A。其次,完成了 PIN光探测器单元的测试,测试结果显示光探测器正常工作,具有0.615A/W的响应度,且集成芯片的探测窗口范围801nm～809nm。根据文献,2μm吸收层厚度GaAs-PIN探测器的响应度大约0.7A/W,因而可以推断探测窗口内的VCSEL单元透射率超过95%。5.完成了用于单光子探测的基于硅基级联微环的高消光比滤波器设计。利用传输矩阵理论,在波导损耗为3dB/cm,群折射率为3.907,自由光谱范围（FSR）为800GHz～1.2THz的条件下,设计了微环半径（R）分别为10μm和15 μm的点耦合型三阶、四阶、五阶级联微环滤波器以及R为10μm,定向耦合长度（L）为10μm的跑道型三阶、四阶、五阶级联微环滤波器。其中,直波导和微环的宽度均为0.5μm,微环高度为150nm,平板波导高度为70nm。仿真计算结果表明,设计的滤波器均可具有超过100dB的消光比（ER）。同时还设计了 R是10μm,L是10μm,且ER处于70dB到80dB之间的跑道型三阶级联微环。6.对实现的硅基级联微环高消光比滤波器进行了测试。在未加热调的情况下,完成了 ER处于70dB到80dB之间的跑道型三阶级联微环测试。测试结果显示,该滤波器的FSR与理论设计一致,并有超过55dB的消光比。7.探究了锥顶柱状光学微腔的顶镜制备。主要利用半径较大的部分圆弧近似小倾角的圆锥顶镜。采用光刻胶热熔方法制备了直径是20 μm,高度为1.9 μm的圆弧顶镜。
温钦[9]（2021）在《基于回音壁模式光学微腔的非线性效应及应用研究》文中指出光学微腔,通过循环谐振作用将光场长时间限制在其中,可极大地提升腔内光功率,因此被广泛应用于基础物理研究以及光电子器件领域。相比其他类型的光学微腔,回音壁模式光学微腔具有极高的品质因子与较小的模式体积,显着地增强了光与物质的相互作用,因此受到研究人员的极大关注。过去的二十年间,不同材料以及形态的回音壁模式光学微腔被发明并制备,以满足不同的研究与应用需求。基于回音壁模式光学微腔的非线性效应,特别是光学频率梳与受激布里渊散射,在窄线宽激光器以及微波信号产生等领域已经得到广泛应用。本文以回音壁模式微棒腔为研究课题。首先研究了微棒腔的加工、优化、模式控制以及封装技术,在此基础上对基于微棒腔的克尔光频梳的产生与性能优化技术进行了研究。同时,对基于微棒腔的克尔光频梳以及受激布里渊散射在大容量光通信系统中的应用进行了探索。本论文的主要研究内容和创新工作如下:1.研究了微棒腔的加工、优化、模式控制以及封装技术。通过对加工技术的优化,提升了微棒腔的Q值并实现了自由频谱宽度的高精度优化。在此基础上,研究了微棒腔的回音壁模式激发控制方法,并实现了微棒腔-锥形光纤耦合系统的封装。主要研究内容包括:（1）针对回音壁模式微腔的高性能要求,制备了回音壁模式微棒腔并对其性能参数进行优化。通过对加工材料及加工工艺的优化,获得了超过同类型微腔此前所报道最高水平的品质因子（>109）;首次提出激光退火工艺,实现了微棒腔自由频谱宽度的高精度优化（<5MHz）,并实现了单孤子克尔光梳重复频率约10MHz的连续调谐。（2）针对微棒腔激发模式的可控性需求,使用有限元方法建立了微棒腔-锥形光纤耦合系统仿真模型。基于该仿真模型,对回音壁模式的激发数量与激发效率控制,以及高阶回音壁模式的选择性激发控制方法进行了研究,并通过实验予以验证。（3）针对微腔耦合系统实用化和器件化的需求,设计了稳定可靠的微棒腔-锥形光纤耦合系统的封装方案。与传统方案相比,本方案创新性地提出了封装后耦合可调的设计,从而实现对封装过程以及外界环境影响所造成的耦合变化的补偿,并实现了对微腔耦合效率的精密调控。基于该封装系统,成功产生了稳定的单孤子克尔光梳。2.研究了基于回音壁模式微棒腔的单孤子克尔光梳的产生与性能优化技术。提出了一种相干辅助激光加热法,成功产生单孤子克尔光梳。在此基础上,研究了辅助激光对腔内注入激光的相对频率噪声的抑制作用,并实现了对单孤子克尔光梳光谱包络与本征功率的优化。主要研究内容包括:（1）针对具有超高Q值的微棒腔产生孤子克尔光梳的难点问题,提出了一种相干辅助激光加热方案。泵浦光与辅助光来自同一个激光器,其相干性降低了孤子产生过程中对激光器稳定性的严格要求,并增强了产生的孤子克尔光梳的长时间稳定性。在未进行泵浦激光波长反馈控制的条件下实现了单孤子克尔光梳长达6小时的稳定存在,相较传统方案1小时以内的稳定时间获得了显着提升;同时,利用泵浦光驱动频率的高精度调谐能力,实现了在孤子克尔光梳产生过程中对泵浦光失谐频率赫兹精度的调谐。（2）理论研究了辅助激光对腔内注入激光的相对频率噪声的抑制作用,并通过实验进行验证,对比热效应获得了更优的抑制效果。（3）通过对微棒腔与锥形光纤相对耦合位置的精细调整,实现了对单孤子克尔光梳光谱包络平坦度的优化,并大幅提升了泵浦光到孤子克尔光梳的能量转换效率。3.研究了基于回音壁模式微棒腔的非线性效应在大容量光通信系统中的应用,包括克尔光频梳与受激布里渊散射。主要研究内容包括:（1）针对克尔光梳本征功率过低的缺陷,利用光注入锁定技术,实现了对基于微棒腔产生的孤子克尔光梳的低噪声均衡放大。利用功率放大后的光梳梳齿作为载波进行了相干光通信实验,得益于高达60d B的光性噪比,相较传统级联掺铒光纤放大器的功率放大方案获得了更优的通信质量。（2）利用微棒腔的受激布里渊散射效应实现了高阶调制信号的相干载波恢复,并利用再生的相干载波作为本振光进行自零差相干探测。与使用独立窄线宽激光器作为本振光的传统方案相比,在不牺牲系统性能的前提下极大地减轻了接收端对数字信号处理的开销。通过本文的研究,获得了具有高性能且可控的微棒腔光器件,基于该器件产生了性能良好的克尔光频梳并对其在大容量光通信领域的应用进行了探索。未来将继续提升加工与封装工艺,实现该器件稳定高效的制备,进一步推进其实用化。同时,对基于该器件产生的克尔光梳的噪声特性及功率进行进一步的优化,并将其扩展到高精度光学测量以及低噪声微波信号产生等更多的应用领域。
艾康[10]（2021）在《一种与CMOS工艺兼容的硅基生物传感器研究》文中研究说明科技改变生活。普通传感器因为非智能化等原因将不能适应万物互连的智能时代。智能时代对传感器提出了更高的要求,因此智能传感器走入人们的视野。智能时代需要更加便携、高效的智能传感器,智能时代对智能传感器内部集成电路提出更高的要求。因为光互连技术能让智能传感器微型化、精准化、高效化,所以光互连技术将成为集成电路领域的研究重点。单片集成是智能传感器微型化和高效化的另一条件。目前的集成工艺多采用标准互补金属氧化物半导体（CMOS）集成工艺,单片集成需要各零部器件能与标准CMOS工艺兼容。片上全硅光电生物传感器由硅基光源、硅光波导、光电探测器和后端处理电路组成,各个部件都能与标准CMOS工艺兼容。硅是间接带隙半导体,硅的这种结构特性使得高效硅基发光器件和高传输效率硅光波导在设计和制作工艺上存在难点。装备有普通硅基发光器件和一般硅光波导的传感器的灵敏度不高。因此制造高效的硅基发光器件和高效的波导是片上微型全硅光电生物传感器领域的重点和难点。本文主要针对片上微型全硅光电生物传感器技术,从发光器件的结构、发光机理、波导的传输效率以及传感器的检测机理出发,对一种多晶硅级联结构的光源和一种结合二氧化硅与氮化硅（Si3N4）的优点的光波导结构以及倏逝波原理展开研究。该硅基光源是采用N+PN+PN+结构的多晶硅PN结级联发光器件,通过加反偏电压使器件反向雪崩击穿发光。该硅基光源采用载流子注入技术来提高发光效率,发光效率高达4.3×10-6,能与波导耦合。该硅基光源的光谱是连续光谱,波长范围是400-900 nm。波导结构利用二氧化硅与Si3N4的优点,使其能够满足光传输对低损耗的要求,解决可见光波段光电传输与CMOS工艺集成技术受带宽限制的瓶颈。波导传感器拥有薄的传感层,这个特性有助于分子的快速响应和高灵敏度检测。通过对直型波导的仿真得出,模型长、宽、高分别是40μm、6μm、6μm的波导在最佳光源入射角度（32.8°）的情况下,波导传输效果最好,传输效率平均高达95%。平均灵敏度为:折射率每增加0.1,相对光波强度改变5%。由波导仿真结果得出波导内芯的光波能量随着检测区域分析物的折射率的增加而下降,曲线呈现出单调性。通过光波能量的变化来实现介质折射率的传感,说明全硅光电生物传感器中倏逝波检测机理的可行性,也为高效全硅光电生物传感器的实现打下坚实的基础。
二、A New Method to Measure the Coupling Efficiency of Waveguide Photodetector（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、A New Method to Measure the Coupling Efficiency of Waveguide Photodetector（论文提纲范文）
（1）光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 论文研究的意义 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 亚波长光栅的研究进展及应用 |
| 2.1 基于亚波长光栅的高反射镜 |
| 2.2 基于亚波长光栅的抗反射表面 |
| 2.3 基于亚波长光栅的光波导 |
| 2.4 基于亚波长光栅的偏振控制器件 |
| 2.5 基于亚波长光栅的相位控制器件 |
| 2.6 基于亚波长光栅的耦合器 |
| 2.7 基于亚波长光栅的滤波器 |
| 2.8 亚波长光栅的应用前景 |
| 2.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 亚波长光栅的严格耦合波分析法及器件设计方法 |
| 3.1 周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析法 |
| 3.1.1 一维条形周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.1.2 二维块状周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.2 基于亚波长光栅的光学器件设计方法 |
| 3.2.1 基于一维条形亚波长光栅的器件设计 |
| 3.2.2 基于二维块状亚波长光栅的器件设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 一维亚波长光栅分束器的研究 |
| 4.1 基于一维亚波长光栅的功率分束器 |
| 4.1.1 透射光为平行光束的功率分束器 |
| 4.1.2 基于一维亚波长光栅的合束器 |
| 4.1.3 透射光为会聚光束的功率分束器 |
| 4.1.4 一维条形亚波长光栅双焦透镜 |
| 4.2 基于一维亚波长光栅的偏振分束器 |
| 4.2.1 偏振分束器模型 |
| 4.2.2 偏振分束器的结构设计 |
| 4.2.3 偏振分束器的仿真验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维亚波长光栅分束器的研究 |
| 5.1 基于二维亚波长光栅的1×N功率分束器 |
| 5.1.1 具有会聚功能的透射型1×N功率分束器模型 |
| 5.1.2 1×N功率分束器的结构设计 |
| 5.1.3 1×N功率分束器的仿真验证 |
| 5.1.4 一种1×9功率分束器 |
| 5.2 基于二维亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜 |
| 5.2.1 柱面透镜和柱面反射镜模型 |
| 5.2.2 柱面透镜和柱面反射镜的设计与仿真 |
| 5.2.3 柱面透镜的实验验证 |
| 5.3 基于二维亚波长光栅的柱面分束透镜 |
| 5.4 基于二维亚波长光栅的光束偏转器 |
| 5.4.1 光束偏转器模型及光束控制机理 |
| 5.4.2 光束偏转器的性能仿真 |
| 5.4.3 光束偏转器的实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光栅功率分束器与光探测器阵列集成的研究 |
| 6.1 单行载流子光探测器原理 |
| 6.2 与亚波长光栅功率分束器集成的光探测器阵列结构 |
| 6.3 1×N光栅功率分束器的设计与制备 |
| 6.4 集成光探测器阵列的设计与制备 |
| 6.5 集成光探测器阵列的性能测试 |
| 6.5.1 暗电流测试 |
| 6.5.2 频率响应特性测试 |
| 6.5.3 交流饱和特性测试 |
| 6.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 屋形光学谐振腔的研究 |
| 7.1 一种屋形光学谐振腔 |
| 7.1.1 屋形谐振腔的结构及分析 |
| 7.1.2 屋形谐振腔的模式特性 |
| 7.2 一种锥顶形光学谐振腔 |
| 7.2.1 锥顶形谐振腔结构及分析 |
| 7.2.2 锥顶形谐振腔的模式特性 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（2）集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 集成芯片式光谱仪发展 |
| 1.2 集成芯片式光谱仪耦合方法国内外发展现状 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 论文的研究背景及意义 |
| 1.4 论文的主要研究内容及章节安排 |
| 第2章 集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统组成及设计方法 |
| 2.1 集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统组成 |
| 2.2 光束整形分系统设计方法 |
| 2.2.1 光束整形方法 |
| 2.2.2 光束整形分系统设计原理 |
| 2.3 扩束分系统设计方法 |
| 2.3.1 扩束分系统结构型式 |
| 2.3.2 扩束分系统像差校正 |
| 2.4 光束离散分系统设计方法 |
| 2.4.1 光束离散分系统与传统方式耦合效率对比 |
| 2.4.2 光束离散分系统设计原理 |
| 2.5 线性匹配分系统设计方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统设计 |
| 3.1 耦合系统设计参数 |
| 3.2 光束整形分系统设计 |
| 3.3 扩束分系统设计 |
| 3.4 光束离散分系统设计 |
| 3.4.1 球面透镜阵列设计 |
| 3.4.2 柱面透镜阵列设计 |
| 3.5 线性匹配分系统设计 |
| 3.6 耦合系统设计结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 集成芯片式光谱仪耦合监测系统设计 |
| 4.1 集成芯片式光谱仪耦合监测系统工作及设计原理 |
| 4.1.1 集成芯片式光谱仪耦合监测系统工作原理 |
| 4.1.2 集成芯片式光谱仪耦合监测系统设计原理 |
| 4.2 集成芯片式光谱仪耦合监测系统设计 |
| 4.2.1 集成芯片式光谱仪耦合监测系统设计参数 |
| 4.2.2 集成芯片式光谱仪耦合监测系统设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统耦合效率分析 |
| 5.1 集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统耦合效率计算 |
| 5.2 集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统耦合效果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（3）斜面光纤与光电探测器光学耦合性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 绪论 |
| 1.2 光纤与探测器耦合对准方式 |
| 1.2.1 有源对准和无源对准 |
| 1.2.2 水平耦合对准和垂直耦合对准 |
| 1.2.3 直接耦合对准和间接耦合对准 |
| 1.3 光纤与探测器耦合误差 |
| 1.3.1 对准偏差损耗 |
| 1.3.2 模场失配损耗 |
| 1.3.3 菲涅尔反射损耗 |
| 1.4 研究目的 |
| 1.5 论文结构 |
| 2 时域有限差分算法基本理论 |
| 2.1 时域有限差分算法发展背景 |
| 2.2 FDTD基本原理 |
| 2.3 FDTD数值稳定性 |
| 2.3.1 时间本征值问题 |
| 2.3.2 空间本征值问题 |
| 2.3.3 Courant稳定性条件 |
| 2.4 PML吸收边界条件 |
| 2.5 激励源 |
| 2.5.1 硬波源 |
| 2.5.2 激励源的加入 |
| 2.6 FDTD仿真 |
| 2.6.1 仿真流程 |
| 2.6.2 仿真时间估计 |
| 2.6.3 仿真内存估计 |
| 2.6.4 FDTD仿真步骤 |
| 3 斜面光纤与探测器性能研究 |
| 3.1 单模光纤 |
| 3.1.1 单模光纤基本结构 |
| 3.1.2 单模光纤基本特性 |
| 3.2 FDTD Solutions仿真模型建立 |
| 3.2.1 斜面光纤仿真结构总体介绍 |
| 3.2.2 FDTD Solutions光源模型选择 |
| 3.2.3 倾斜端面光纤耦合的光学模型 |
| 3.2.4 频域场和功率监视器 |
| 3.3 斜面光纤模场传输特性 |
| 3.3.1 斜面光纤出射光场 |
| 3.3.2 斜面光纤出射模斑远场分布 |
| 3.3.3 多波长入射斜面光纤模场传输特性 |
| 3.3.4 不同角度斜面光纤模场传输特性 |
| 3.3.5 斜面光纤与探测器耦合误差分析 |
| 4 斜面光纤与探测器耦合系统 |
| 4.1 实验系统介绍 |
| 4.1.1 测试用光纤与探测器 |
| 4.1.2 激光器和光谱仪设置 |
| 4.1.3 环形器 |
| 4.1.4 显微镜和CCD |
| 4.2 斜面光纤与探测器耦合研究 |
| 4.2.1 角度对耦合效率影响 |
| 4.2.2 横向位移对耦合效率影响 |
| 4.2.3 实验与仿真结果分析 |
| 4.2.4 斜面光纤与探测器耦合优点 |
| 5 光纤端面耦合对准纵向微位移测量 |
| 5.1 空间光路微位移测量原理 |
| 5.1.1 非本征型光纤法珀腔 |
| 5.1.2 测量系统原理 |
| 5.2 光纤端面耦合对准实验 |
| 5.2.1 确定空气隙来源 |
| 5.2.2 斜面光纤与探测器耦合 |
| 5.2.3 平面光纤与平面光纤耦合 |
| 5.2.4 平面光纤与探测器耦合 |
| 6 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（4）微结构硅基光子学器件性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基光子学 |
| 1.1.1 光源 |
| 1.1.2 无源器件 |
| 1.1.3 光调制器 |
| 1.1.4 复用技术 |
| 1.1.5 光电探测器 |
| 1.2 时空对称光学 |
| 1.3 机器学习与光学 |
| 1.4 光学逆向设计 |
| 1.5 本论文的研究思路和论文结构 |
| 参考文献 |
| 第二章 利用时空对称理论增强硅基波导模式耦合损耗 |
| 2.1 时空对称理论 |
| 2.2 波导模式耦合的理论模型 |
| 2.2.1 耦合模理论 |
| 2.2.2 PT对称理论下的模式耦合 |
| 2.3 器件设计 |
| 2.4 数值计算结果 |
| 2.5 实验结果 |
| 2.6 应用前景 |
| 2.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 利用人工神经网络识别多模波导中的模式成分 |
| 3.1 人工神经网络算法 |
| 3.1.1 机器学习算法 |
| 3.1.2 全连接神经网络 |
| 3.1.3 卷积神经网络 |
| 3.1.4 神经网络的训练和优化 |
| 3.2 模式成分分析方案设计 |
| 3.2.1 物理理论模型 |
| 3.2.2 数据的生成和预处理 |
| 3.2.3 卷积神经网络结构 |
| 3.3 模式成分分析方案的性能研究 |
| 3.3.1 针对薄多模波导的专用卷积神经网络 |
| 3.3.2 针对一般多模波导的卷积神经网络 |
| 3.3.3 对噪声的鲁棒性 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 硅基超小尺寸高性能模式转换器的设计 |
| 4.1 波导模式转换技术路线 |
| 4.2 粒子群优化(PSO)算法 |
| 4.2.1 PSO算法术语 |
| 4.2.2 PSO算法流程 |
| 4.2.3 PSO算法的参数选择 |
| 4.2.4 PSO算法的边界条件 |
| 4.3 模式转换器的设计 |
| 4.3.1 模式转换器初始模型 |
| 4.3.2 适合度函数和参数选取 |
| 4.4 模式转换器的性能研究 |
| 4.4.1 模式转换器结构和场分布 |
| 4.4.2 插入损耗和转化效率 |
| 4.4.3 加工误差容忍度 |
| 4.4.4 性能继续优化的思路 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 结论与展望 |
| 攻读博士期间的研究成果 |
| 致谢 |
（5）光波导探测器结构设计及工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光通信用光电探测器的发展 |
| 1.3 光探测器的性能指标 |
| 1.3.1 光响应度 |
| 1.3.2 暗电流 |
| 1.3.3 结电容 |
| 1.3.4 3dB带宽 |
| 1.4 目前光通信所需求的高速光探测器性能要求 |
| 1.5 本文的研究内容 |
| 第二章 探测器有源层结构设计 |
| 2.1 材料选取与材料参数 |
| 2.1.1 材料的能带结构与计算方法 |
| 2.1.2 晶格常数与晶格匹配 |
| 2.1.3 材料折射率 |
| 2.2 3db带宽设计 |
| 2.2.1 载流子渡越时间 |
| 2.2.2 结电容及寄生电容对带宽的影响 |
| 2.2.3 能带不连续性 |
| 2.3 器件的暗电流 |
| 2.3.1 产生-复合电流 |
| 2.3.2 隧道电流 |
| 2.3.3 表面复合电流 |
| 2.4 有源层结构与仿真分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 光波导与输入端结构设计 |
| 3.1 光波导设计 |
| 3.1.1 有效折射率法 |
| 3.1.2 波导结构设计与仿真 |
| 3.1.3 吸收长度仿真 |
| 3.2 耦合光栅设计 |
| 3.2.1 耦合光栅的原理与基本结构 |
| 3.2.2 均匀耦合光栅设计 |
| 3.2.3 耦合光栅Rsoft仿真 |
| 3.3 DBR与端面高反膜 |
| 3.3.1 DBR的原理 |
| 3.3.2 DBR结构设计 |
| 3.3.3 端面高反膜设计 |
| 3.4 外延层设计及波导探测器结构 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 波导探测器制作工艺研究 |
| 4.1 工艺实施路径 |
| 4.1.1 光刻工艺 |
| 4.1.2 刻蚀工艺 |
| 4.1.3 薄膜沉积 |
| 4.2 光刻版设计 |
| 4.2.1 对准标记 |
| 4.2.2 PCM区域 |
| 4.3 关键工艺研究 |
| 4.3.1 ICP刻蚀工艺研究 |
| 4.3.2 全息干涉曝光工艺研究 |
| 4.3.3 光学镀膜工艺 |
| 4.4 光波导探测器制作工艺流程设计 |
| 4.4.1 晶向定位 |
| 4.4.2 光栅区制作 |
| 4.4.3 光栅制作 |
| 4.4.4 波导制作 |
| 4.4.5 N金属电极制作 |
| 4.4.6 绝缘层台面及焊盘制作 |
| 4.5 芯片测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（6）基于表面等离激元的光电探测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 绪论 |
| 第一章 基于表面等离激元的光电探测基础 |
| 1.1 表面等离激元材料及 Drude 模型 |
| 1.2 局域的表面等离激元 |
| 1.3 传导的表面等离激元 |
| 1.4 表面等离激元集成器件 |
| 1.5 等离激元光探测基础 |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 等离激元微纳器件制备方法 |
| 2.1 纳米光学中的微加工技术 |
| 2.2 纳米光学中的TEM样品制备 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 光栅-硅复合结构中的光热电效应 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 硅纳米带中的光热电效应 |
| 3.3 双温度模型与光热电机制 |
| 3.4 等离激元调制的光热电型光探测器 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 片上表面等离激元探测器 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 金膜波导中的等离激元光电探测 |
| 4.3 波导-硅纳米带耦合结构优化 |
| 4.4 SOI上金纳米线等离激元波导 |
| 4.5 小型化的等离激元光探测器 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的科研成果目录 |
| 致谢 |
（7）基于光栅波导的光学触摸屏（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 触摸屏的分类及特点 |
| 1.2.1 电阻式触摸屏 |
| 1.2.2 电容式触摸屏 |
| 1.2.3 表面声波式触摸屏 |
| 1.2.4 红外线式触摸屏 |
| 1.2.5 平板波导式触摸屏 |
| 1.3 本论文的主要研究内容及章节安排 |
| 第二章 光栅波导的原理及计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光栅波导的基本理论 |
| 2.2.1 光栅波导结构 |
| 2.2.2 布拉格条件 |
| 2.2.3 波矢图 |
| 2.3 时域有限差分FDTD |
| 2.3.1 FDTD的 Yee元胞 |
| 2.3.2 麦克斯韦方程FDTD的差分格式 |
| 2.3.3 FDTD边界条件 |
| 2.3.4 FDTD稳定条件 |
| 2.4 严格耦合波分析(RCWA) |
| 2.5 本章小节 |
| 第三章 光栅耦合波导的特性分析与仿真设计 |
| 3.1 基本结构 |
| 3.2 光栅耦合波导的特性分析 |
| 3.2.1 光栅周期对耦合的影响 |
| 3.2.2 波导层厚度对耦合的影响 |
| 3.2.3 光源入射角对耦合的影响 |
| 3.3 光栅耦合波导的仿真设计 |
| 3.3.2 光栅占空比对耦合效率的影响 |
| 3.3.3 光栅高度对耦合效率的影响 |
| 3.3.4 光源入射角对耦合效率的影响 |
| 3.4 本章小节 |
| 第四章 触摸屏的电路系统设计 |
| 4.1 硬件系统设计思路 |
| 4.2 硬件的选取与设计 |
| 4.2.1 光信号检测 |
| 4.2.2 多路模拟开关 |
| 4.2.3 光电二极管放大器设计及噪声分析 |
| 4.2.4 模数转换器驱动电路设计 |
| 4.2.5单片机MSP430 |
| 4.2.6 液晶显示屏 |
| 4.3 MSP430程序设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于光栅波导触摸屏的制备与性能测试 |
| 5.1 触摸屏的制备与表征 |
| 5.1.1 光栅波导的制备 |
| 5.1.2 纳米光栅的表征 |
| 5.2 触摸屏的光学性能测试 |
| 5.3 触摸屏的电信号测试与分析 |
| 5.3.1 光强与探测器响应 |
| 5.3.2 入射角与探测器响应 |
| 5.3.3 耦合效率的计算 |
| 5.4 光栅触摸屏的触控响应 |
| 5.5 光栅触摸屏的响应速度 |
| 5.6 本章小节 |
| 第六章 结束语 |
| 6.1 主要工作与创新点 |
| 6.2 后续研究 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表的论文和专利 |
（8）面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景及意义 |
| 1.2 论文的结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光子集成和光电集成中微纳光学谐振腔的概述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光学谐振腔的研究进展 |
| 2.2.1 FP型光学谐振腔 |
| 2.2.2 微环谐振器 |
| 2.3 基于光学谐振腔的收发一体集成芯片 |
| 2.4 光学谐振腔的特征参数 |
| 2.4.1 品质因子 |
| 2.4.2 有效模式体积 |
| 2.4.3 自由谱域 |
| 2.4.4 谐振波长 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 非平行光学微腔的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 非平行光学微腔的理论基础 |
| 3.2.1 基本结构 |
| 3.2.2 谐振原理分析 |
| 3.2.3 特征频率推导 |
| 3.3 屋脊型光学撖腔的性能仿真与结果分析 |
| 3.3.1 结构参数 |
| 3.3.2 能量分布 |
| 3.3.3 电场强度分布 |
| 3.4 锥顶柱状光学微腔的性能仿真与结果分析 |
| 3.4.1 结构参数 |
| 3.4.2 能量分布 |
| 3.4.3 电场强度分布 |
| 3.4.4 锥顶容忍度及输出光束仿真 |
| 3.5 非平行光学微腔顶镜制备实验探究 |
| 3.5.1 光刻胶热熔法 |
| 3.5.2 圆弧形顶镜制备工艺 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 收发一体集成芯片中光学谐振腔的设计及器件测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 VCSEL激光器的理论基础 |
| 4.2.1 VCSEL激光器的结构和基本原理 |
| 4.2.2 VCSEL激光器的基本特性 |
| 4.3 PIN光探测器理论基础 |
| 4.3.1 基本结构 |
| 4.3.2 PIN光探测器的性能参数 |
| 4.4 集成芯片中光学谐振腔的设计 |
| 4.4.1 集成芯片的结构 |
| 4.4.2 集成芯片光学谐振腔的特殊设计 |
| 4.5 集成芯片工艺简介 |
| 4.6 集成芯片的测试及结果分析 |
| 4.6.1 集成芯片外延片反射谱的测试 |
| 4.6.2 集成芯片中VCSEL单元的测试 |
| 4.6.3 集成芯片中PIN光探测器单元的测试 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于硅基级联微环高消光比滤波器的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微环的理论基础 |
| 5.2.1 微环概念 |
| 5.2.2 微环参量模型 |
| 5.3 微环耦合系数和损耗计算 |
| 5.3.1 微环耦合区耦合系数的计算 |
| 5.3.2 波导群折射率与损耗的估算 |
| 5.4 基于硅基微环的高消光比滤波器的设计 |
| 5.4.1 级联微环的理论 |
| 5.4.2 器件的结构参数 |
| 5.4.3 器件的性能仿真与分析 |
| 5.5 超高消光比滤波器的版图制作及加工工艺 |
| 5.5.1 器件的版图制作 |
| 5.5.2 微环的加工工艺流程简介 |
| 5.6 级联微环滤波器的实验测试及结果分析 |
| 5.6.1 实验测试系统 |
| 5.6.2 实验测试及结果分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（9）基于回音壁模式光学微腔的非线性效应及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 WGM光学微腔中的非线性效应研究历史与现状 |
| 1.2.1 WGM光学微腔 |
| 1.2.2 基于WGM光学微腔的光学频率梳 |
| 1.2.3 基于WGM光学微腔的非线性效应及应用 |
| 1.3 本论文的结构安排 |
| 第二章 回音壁模式与非线性光学效应原理 |
| 2.1 回音壁模式理论基础 |
| 2.1.1 WGM光学微腔的特征参数 |
| 2.1.2 回音壁模式的几何光学分析 |
| 2.1.3 回音壁模式的电磁场理论分析 |
| 2.1.4 WGM光学微腔的耦合理论 |
| 2.2 基于WGM光学微腔的非线性光学效应原理 |
| 2.2.1 克尔光频梳原理 |
| 2.2.2 受激布里渊散射原理 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 微棒腔的优化、模式控制与封装技术研究 |
| 3.1 微棒腔的制备 |
| 3.2 微棒腔的特征参数测量 |
| 3.3 微棒腔的参数优化 |
| 3.3.1 微棒腔的Q值优化 |
| 3.3.2 微棒腔FSR的高精度优化 |
| 3.4 微棒腔的模式激发控制 |
| 3.4.1 微棒腔耦合系统仿真模型 |
| 3.4.2 WGM耦合效率控制 |
| 3.4.3 WGM激发数量控制 |
| 3.4.4 WGM的选择性高效激发 |
| 3.5 微棒腔的封装 |
| 3.5.1 封装结构与方案设计 |
| 3.5.2 微棒腔-锥形光纤封装器件功能及性能测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于WGM光学微腔的克尔光频梳研究 |
| 4.1 单孤子克尔光梳的产生 |
| 4.1.1 背景介绍 |
| 4.1.2 一种相干辅助激光加热方案 |
| 4.1.3 基于相干辅助激光加热方案的单孤子克尔光梳产生 |
| 4.1.4 泵浦光失谐量的高精度调谐 |
| 4.1.5 单孤子克尔光梳的稳定性提升 |
| 4.2 基于辅助激光的相对频率噪声抑制研究 |
| 4.2.1 背景介绍 |
| 4.2.2 噪声抑制机制及有效性测试 |
| 4.2.3 噪声抑制效果对比实验 |
| 4.3 单孤子克尔光梳的优化 |
| 4.3.1 光谱包络优化 |
| 4.3.2 本征功率优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于WGM光学微腔非线性效应的应用研究 |
| 5.1 孤子克尔光梳的注入锁定及应用 |
| 5.1.1 背景介绍 |
| 5.1.2 基于单孤子克尔光梳注入锁定的光源 |
| 5.1.3 基于单孤子克尔光梳注入锁定光源的通信实验 |
| 5.2 基于微棒腔SBS的载波恢复 |
| 5.2.1 背景介绍 |
| 5.2.2 基于模间SBS的载波恢复 |
| 5.2.3 基于SBS载波恢复的SHD传输实验 |
| 5.3 本章小节 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（10）一种与CMOS工艺兼容的硅基生物传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 硅基光电生物传感器的国内外研究历史与现状 |
| 1.3 硅基光电生物传感器的应用 |
| 1.4 本文的主要贡献与创新 |
| 1.5 本论文的结构安排 |
| 第二章 全硅光电生物传感器的构成与工作原理 |
| 2.1 全硅光电生物传感器的结构部件 |
| 2.1.1 硅基光源探索 |
| 2.1.2 光波导结构探索 |
| 2.1.3 光耦合结构调研与探索 |
| 2.1.4 光电探测器的调研与设计 |
| 2.2 全硅光电生物传感器的工作原理 |
| 2.2.1 硅基光源的发光机理 |
| 2.2.2 硅基光源发光效率的提高机理 |
| 2.2.3 传感器检测区域的检测机理 |
| 2.3 全硅光电生物传感器的参数 |
| 2.3.1 量子效率和光电转换效率 |
| 2.3.2 灵敏度和稳定性 |
| 2.3.3 信噪比 |
| 2.3.4 体积与价格 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多晶硅光源的设计与测试、全硅光电生物传感器的模型设计和波导模型设计与仿真 |
| 3.1 多晶硅光源的设计 |
| 3.2 多晶硅光源的光谱测试 |
| 3.3 硅基光波导模型设计 |
| 3.4 全硅光电生物传感器的模型 |
| 3.5 传感器波导仿真 |
| 3.5.1 L=30的直型波导模型仿真 |
| 3.5.2 L=40的直型波导模型仿真 |
| 3.5.3 L=50的直型波导模型仿真 |
| 3.5.4 L=60的直型波导模型仿真 |
| 3.5.5 桥型波导模型的推测与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 全硅光电生物传感器的数据分析 |
| 4.1 多晶硅光源实测数据分析 |
| 4.2 传感器波导仿真数据分析 |
| 4.2.1 L=30的波导模型仿真数据分析 |
| 4.2.2 L=40的波导模型仿真数据分析 |
| 4.2.3 L=50的波导模型仿真数据分析 |
| 4.2.4 L=60 的波导模型仿真数据分析 |
| 4.3 四个直型波导模型仿真结果比较分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 进一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
四、A New Method to Measure the Coupling Efficiency of Waveguide Photodetector（论文参考文献）
- [1]光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究[D]. 武刚. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]集成芯片式光谱仪前端耦合光学系统设计[D]. 姜馨. 长春理工大学, 2020(01)
- [3]斜面光纤与光电探测器光学耦合性能研究[D]. 李雁夏. 北京交通大学, 2019(01)
- [4]微结构硅基光子学器件性能的研究[D]. 刘昂. 南京大学, 2019(01)
- [5]光波导探测器结构设计及工艺研究[D]. 余晓波. 电子科技大学, 2019(01)
- [6]基于表面等离激元的光电探测[D]. 刘维康. 武汉大学, 2019(06)
- [7]基于光栅波导的光学触摸屏[D]. 崔杰. 上海交通大学, 2016(06)
- [8]面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究[D]. 王欢欢. 北京邮电大学, 2021(01)
- [9]基于回音壁模式光学微腔的非线性效应及应用研究[D]. 温钦. 电子科技大学, 2021
- [10]一种与CMOS工艺兼容的硅基生物传感器研究[D]. 艾康. 电子科技大学, 2021(01)