SOI光波导器件
出版时间：2010年版
内容简介
绝缘衬底上的薄膜硅材料（Silicon-on-insulator，SOI）是一种新型的硅材料，近年来在半导体光电子学领域的应用日益广泛。SOI光波导器件的研究成为目前硅光子学研究的一个热点问题。本书系统地介绍了SOI材料的无源导波光学器件，特别是光开关器件的理论原理以及器件制作方面的最新研究成果。
目录
第1章 SOI光波导材料 1 1.1 引言 1 1.2 硅基光波导材料 2 1.2.1 几种光波导器件的材料的比较 2 1.2.2 硅光子学的发展 3 1.2.3 几种硅基光波导材料的比较[2] 4 1.3 SOI材料制作技术、性能比较及损耗特性 8 1.4 波导制造的基本工艺 11 1.5 SOI光波导的数值模拟 14 1.5.1 束传播方法（BPM） 15 1.5.2 有效折射率法 18 参考文献 20 第2章 SOI波导结构及特性 21 2.1 SOI脊型波导的结构 21 2.1.1 矩形截面SOI脊型波导单模条件 22 2.1.2 SOI矩形截面的脊形波导的制作过程 24 2.1.3 梯形截面SOI脊型波导单模条件 25 2.1.4 SOI 梯形截面的脊形波导的制作过程 26 2.2 SOI波导的损耗[5] 27 2.2.1 SOI波导的传输损耗 28 2.2.2 光波导端面处的耦合损耗 29 2.3 热氧化方法减小波导散射损耗[6] 30 2.3.1 热氧化的原理 30 2.3.2 物理模型和Suprem工艺模拟 30 2.3.3 实验和模拟结果的比较讨论 31 2.3.4 分次氧化方法的讨论 34 2.4 SOI波导与光纤的耦合 35 参考文献 39 第3章 SOI弯曲波导的研究 41 3.1 弯曲波导损耗机理的分析 41 3.1.1 等效折射率法的近似 41 3.1.2 平面弯曲波导的损耗机理 42 3.2 影响损耗的因素[1] 44 3.2.1 损耗系数公式 44 3.2.2 宽度、脊高比、半径和弯曲损耗的关系 45 3.3 最佳单模弯曲波导结构参数的确定[2] 46 3.4 弯曲损耗的改善方法[3] 47 3.4.1 在波导连接处引入偏移量 48 3.4.2 弯曲波导形状的改善 49 3.4.3 在波导外侧刻槽 50 3.4.4 几种改善方法的实验结果比较 51 参考文献 52 第4章 光耦合器 53 4.1 多模干涉耦合器的基本原理 53 4.2 多模干涉耦合器的特性 60 4.2.1 自映像质量 60 4.2.2 损耗和均匀性 60 4.3 紧缩型多模干涉耦合器的设计 61 4.3.1 抛物线锥形多模干涉耦合器[1,2] 62 4.3.2 强限制多模干涉耦合器[3] 63 4.3.3 紧缩型的1×2 3 dB多模干涉耦合器的设计 64 4.3.4 紧缩型的1×2 3 dB多模干涉耦合器的制作容差分析[4] 66 参考文献 68 第5章 SOI光开关 69 5.1 湿法化学腐蚀原理 70 5.1.1 硅KOH各向异性腐蚀的微观描述 70 5.2 2×2开关单元的设计[1] 72 5.2.1 单模波导的设计 72 5.2.2 MZI结构原理 74 5.2.3 多模干涉耦合器的设计 74 5.2.4 热光调制机制 77 5.3 2×2开关单元的制作 78 5.4 2×2开关单元的测试数据分析 79 5.5 端面反射损耗的改善 85 5.5.1 端面反射损耗 85 5.5.2 端面反射率的优化[2] 88 5.6 光开关的封装 89 5.6.1 波导与光纤阵列的耦合对准方法 89 5.6.2 封装基板的制作[3] 91 5.6.3 引线键合 92 5.6.4 封装盒的设计 93 5.6.5 测试结果 94 参考文献 96 第6章 大规模SOI光开关阵列 97 6.1 硅的ICP干法刻蚀技术 97 6.2 光开关阵列的拓扑结构 99 6.2.1 光开关阵列的分类 99 6.2.2 完全无阻塞型光开关阵列 99 6.2.3 重排无阻塞型光开关阵列 101 6.2.4 阻塞型光开关阵列 102 6.3 光开关阵列的设计 103 6.3.1 阵列结构 103 6.3.2 模斑变换器的引入 104 6.3.3 交叉波导的设计 106 6.4 光开关阵列的制作过程[3] 110 6.5 8×8重排无阻塞型光开关阵列的实验测试结果 113 6.6 16×16阻塞型光开关阵列的实验测试结果 118 参考文献 124 第7章 SOI光波导器件的应用及其发展 125 7.1 硅基光子学与光互连技术 125 7.2 光网络中节点技术的发展 129 7.3 SOI光开关发展概述[3,4] 131 7.4 其他SOI无源光波导器件的研究进展[5] 139 参考文献 142
