环形谐振腔解析课件

环形谐振腔（Ring Resonators)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:传输矩阵法：传输矩阵法：图3.简化模型示意图（一个输入、输出波导）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）谐振中（m代表整数），（15）（16）（17）（18）图4.集成光学环形谐振腔的谐振曲线 图5.简化模型示意图（两个输入、输出波导）相应参数调整为：其中，（19）（20）（21）图6.集成光学环形谐振腔的谐振曲线性能指标：（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=谐振腔基本结构参数对谐振特性的影响：参考文献1.D.G.Rabus,IntegratedRingResonators,Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2007,P.6-152.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.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”结构的双谐振腔图13.具有环形内部耦合的双谐振腔（interringcoupling）4.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（interringcoupling）7.图16.“串联”多谐振腔示意图参考文献1.D.G.Rabus,IntegratedRingResonators,Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2007,P.21-442.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，20093.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，19974.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 阳极键合法benzocyclobutene（BCB）晶圆键合BCB晶圆键合法：图17.BCB晶圆键合流程图2.干法腐蚀（侧向）又称为等离子体腐蚀，有以下几类等：RIEICP-RIERIBECAIBE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）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.垂直耦合环形波导层示意图（BCB）（4）AlGaAs/GaAs3.多聚物图26.制作多聚物PMMA波导的工艺（左：光刻；右：直接平印directlithographic）参考文献1.D.G.Rabus,IntegratedRingResonators,Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2007,P.45-1152.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）,20053.王善军,光纤环形腔特性研究,长春理工大学硕士论文，20084.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）,2004四.器件及应用圆盘形圆环形FSR21.6nm20.6nmFWHM 0.18nm0.43nmF12048图27.圆盘和圆环单环滤波器的SEM图图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）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33.88交叉网格环形谐振腔示意图（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3.光延时线图36.环形谐振腔构成的光延时线结构示意图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参考文献1.D.G.Rabus,IntegratedRingResonators,Springer-VerlagBerlinHeidelberg,2007,P.130-2202.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）,20043.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），20094.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），20105.张红星，潘炜，刘新开,光子晶体环形谐振器特性研究,光通信研究，第167期，20116.姜立国，环形谐振腔半导体激光器，长春理工大学硕士论文，20057.邹长铃，董春华，崔金明,回音壁模式光学微腔：基础与应用,中国科学：物理学 力学 天文学，12（11），2012欢迎提问！