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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46

3.4　弯曲损耗的改善方法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62

4.3.2　强限制多模干涉耦合器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131

7.4　其他SOI无源光波导器件的研究进展139

参考文献143