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■ｒ要
光子集成中的ＭＭＩ型环形波导谐振腔
的特性分析及结构设计
摘要
本论文工作是围绕国家“９７３”计划项目“新一代通信光电子集成
器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”（项目编号：
１４９００）展开的。
２００３ＣＢ３
光子集成器件相对于分立器件具有尺寸小、成本低、性能优越和
可靠性高等诸多优点，已成为光通信和光电子领域科学家关注的研究
热点。光子集成技术的进步一方面依赖于半导体工艺水平的提高，另
一方面则需要新结构器件的提出及运用。环形波导谐振腔具有尺寸
小，结构简单，利于集成，可实现功能多等优点，在未来高密度、大
规模的光子集成器件中有很好的应用前景。
本文对多模干涉（ＭＭＩ）型环形波导谐振腔的特性进行了详细的
理论分析，设计出了ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多层结构的ＭＭＩ型环形波导谐振
腔，并初步摸索了它的制备工艺。论文的主要工作内容如下：
１．系统总结了目前主要的光子集成技术，介绍了环形波导谐振腔的
原理、性能指标及其在光子集成器件中的应用，阐述了多模干涉
（ＭＭｔ）结构的原理与应用；
２．在传统传输矩阵分析法的基础上引入ＭＭＩ耦合器的功率损耗系
数，分别推导出单环与串联双环的传输函数的通用公式，并讨论
了环形波导的传输损耗系数、等效折射率、ＭＭＩ耦合器的损耗系
数、耦合系数与环形波导半径等参数对输出频谱特性的影响；
３．设计ＭＭＩ型环形谐振腔的外延层及波导结构并进行分析，满足
了波导的单模传输、低偏振以及与单模光纤的高效耦合的要求，
同时，对ＭＭＩ耦合器进行设计以获得自由分光比，并对多种设
计方法进行分析与比较；
４．对设计的器件进行湿法刻蚀试验。首先进行腐蚀液的选取及其对
不同材料腐蚀速度的测试，然后根据得到的腐蚀时间对器件进行
光刻及腐蚀，最后对实验所得结果进行原因分析。
Ⅱ
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关键词：光子集成（ＰＩＣｓ）环形波导谐振腔传输矩阵法ＭＭＩ耦合器
湿法刻蚀
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