芯片内光波导环形谐振腔谐振特性研究

根据摩尔定律的预测，到2015年微处理器可以容纳近50亿个晶体管。并且随着网络通信的快速发展，基于系统电线的传统互连方式已经很难赶上这种脚步，距离、速度以及功耗等因素都是电线在连接芯片和电路板时所面临的挑战。因此利用光互连来代替电互连是一种必然的趋势，并且光互连要基于低成本的技术条件下。在这些背景下，基于绝缘体上硅（SOI）材料的环形谐振腔结构越来越受到国内外研究学者的广泛关注。这种硅基结构与CMOS工艺具有很好的兼容性，能够将光子器件集成在芯片上，从而使得其在光电集成、光互连等领域具有不可比拟的优势并且具有重要的应用前景。本文是在当前国际最新成果的引领下，以军事及民用的需求为目的，对高品质因数的光波导环形谐振腔开展研究，主要做了以下工作：（1）首先介绍了光波导环形谐振腔耦合结构的基本理论；（2）利用光学数值仿真软件（BPM、FDTD）对环形谐振腔结构及光栅垂直耦合系统进行数值模拟分析，并根据仿真结果对总体版图进行优化设计；（3）根据优化后的结构版图，利用外协单位的微加工线（电子束、感应耦合等离子体刻蚀等）实现了上述环形谐振腔结构芯片的制备；（4）对芯片形貌及表面粗糙度进行测试，对比是否符合所设计的结构参数。并且根据两种耦合方案，分别搭建不同的测试系统对环形谐振腔的谐振特性进行测试，取得了较好的测试结果（环形谐振腔的品质因数为104，并观察到了双稳态现象）。为下一步继续研究基于光波导环形谐振腔器件奠定良好的基础；（5）在测试结果的基础上，利用环形谐振腔的非线性效应设计了一种全光逻辑门的实现过程。