环形谐振腔PPT课件

1、.,1,环形谐振腔（Ring Resonators),.,2,目录 一.基本原理和性能指标 二. 不同结构的环形谐振腔 三.制作工艺及选用材料 四.器件及应用,.,3,一.基本原理和性能指标,环形波导谐振腔最早由Marcatili在1969年提出：,图1. 环形波导谐振腔示意图,.,4,基本结构包含：输入、输出波导；定向耦合器、多模干涉（MMI）耦合器或Y型耦合器；环形波导,图2. 简化模型示意图,.,5,.,6,.,7,传输矩阵法：,图3.简化模型示意图（一个输入、输出波导）,.,8,（8）,（9）,（10）,（11）,（12）,（13）,（14）,.,9,谐振中（m代表整数），,（15）,

2、（16）,（17）,（18）,.,10,图4. 集成光学环形谐振腔的谐振曲线,.,11,图5.简化模型示意图（两个输入、输出波导）,.,12,相应参数调整为：,其中，,，,（19）,（20）,（21）,.,13,图6. 集成光学环形谐振腔的谐振曲线,.,14,性能指标： （1）谐振频率 （m为自然数）； （2）谐振深度 （3） 自由频谱宽度 （4）半高全宽 （5）清晰度,.,15,谐振腔基本结构参数对谐振特性的影响：,.,16,参考文献 1. D.G.Rabus, Integrated Ring Resonators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 20

3、07, P.6-15 2. 王世军, 集成光学环形谐振腔的研究, 浙江大学硕士学位论文，2008,.,17,二.不同结构的环形谐振腔,图10. 具有跑道形谐振腔的环形谐振器,1.,.,18,双谐振腔：,2.,图11. 具有“并联”结构的双谐振腔,3.,图12.具有“串联”结构的双谐振腔,.,19,图13. 具有环形内部耦合的双谐振腔（interring coupling）,4.,.,20,多耦合谐振腔： 5.,图14. “ 并联”多谐振腔示意图,6.,图15. 内部耦合多谐振腔（interring coupling）,.,21,7.,图16. “ 串联”多谐振腔示意图,.,22,参考文献 1.

4、 D.G.Rabus, Integrated Ring Resonators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007, P.21-44 2. 房丹, 光纤环形谐振器的技术研究，长春理工大学硕士学位论文，2009 3. 汤全安，马新宇, 微型光波导陀螺中无源环形谐振器研究，光学技术，第5期，1997 4. 韩秀友, 庞拂飞, 蔡海文, 环形波导谐振腔集成光学器件, 激光与光电子学进展, 41（8）, 2004,.,23,三.制作工艺及选用材料,两种工艺的简介 1. 晶圆键合（垂直） 黏接键合法 有中间介质层 共晶键合法 晶圆键合 融合键合法 无中间介质层

5、 阳极键合法,benzocyclobutene（BCB）晶圆键合,.,24,BCB晶圆键合法：,图17. BCB晶圆键合流程图,.,25,2. 干法腐蚀（侧向） 又称为等离子体腐蚀，有以下几类等： RIE ICP-RIE RIBE CAIBE,.,26,图18. 典型的SOI波导结构,图19. 基于SOI的滤波器（半径3m, 波导材料0.5m宽，0.2m厚）,.,27,.,28,图22. 侧向环形谐振腔截面图,图23. 垂直方向环形谐振腔截面图,.,29,2. 基于族材料 （1）GaInAsP （2）AlGaAs （3）GaInAsP/InP,图24. 侧向耦合环形波导层示意图,图25.垂直耦

6、合环形波导层示意图（BCB）,（4）AlGaAs/GaAs,.,30,3. 多聚物,图26. 制作多聚物PMMA波导的工艺（左：光刻；右：直接平印direct lithographic）,.,31,参考文献 1. D.G.Rabus, Integrated Ring Resonators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007, P.45-115 2. 马慧莲, 金仲和, 丁纯, 二氧化硅光波导环形谐振腔, 中国激光, 32（10）, 2005 3. 王善军, 光纤环形腔特性研究, 长春理工大学硕士论文，2008 4. 韩秀友, 庞拂飞, 蔡海文, 环

7、形波导谐振腔集成光学器件, 激光与光电子学进展, 41（8）, 2004,.,32,四.器件及应用,图27. 圆盘和圆环单环滤波器的SEM图,.,33,图28. 基于SiON的侧向耦合谐振腔,图29. 跑道型环形谐振腔,图30. （a）基于InP的最小环形谐振腔沟槽滤波器示意图 （b）谐振曲线图（虚线为理论值）,（a）,（b）,.,34,由以上单环滤波器，可构建8通道滤波器，示意图如下： 第一个环半径为10.35m，其后的单环半径依次递减50nm；不同半径的单环对应不同的波长输出,图31. 八通道滤波器示意图,.,35,降低串扰干扰和光谱净化：,图32. 22交叉网格环形谐振腔示意图,图33.

8、 88交叉网格环形谐振腔示意图,.,36,（2）双环滤波器 （3）多环滤波器,（a）,（b）,图34. （a） 双环谐振腔 （b）级联的双环谐振腔构成的四通道上传/下载滤波器结构,.,37,2. 光学陀螺 原理：赛格-纳克效应,图35. 环形光路Sagnac效应,表2. Northrop公司微型光学陀螺性能指标,.,38,3. 光延时线,图36. 环形谐振腔构成的光延时线结构示意图,.,39,4. 生物传感器,图37. 生物传感器示意图,图38. 圆盘波导的光场分布,.,40,参考文献 1. D.G.Rabus, Integrated Ring Resonators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007, P.130-220 2. 韩秀友, 庞拂飞, 蔡海文, 环形波导谐振腔集成光学器件, 激光与光电子学进展, 41（8）, 2004 3. 郭丽君, 石邦任，赵猛, 集成光学陀螺环形谐振腔的优化设计与制备, 光电工程，36（8），2009 4. 郭丽君，石邦任，厉宝增, 微型光学陀螺用光波导环形谐振腔的优化设计与制备, 兵工学报，31（11），2010 5. 张红星，潘炜，刘新开, 光