低损耗氮化硅可重构微波光子滤波器

1、低损耗氮化硅可重构微波光子滤波器微波光子滤波器是微波光子系统中的重要器件之一 , 具有抗电磁干扰、宽带 可调谐、可重构等优点。 微波光子滤波器不仅应用在需要高速信号处理能力的雷 达系统和航天领域,同时在通信系统中特别是在毫米波 ROF 系统中也得到广泛应 用。目前微波光子滤波器正在从传统的光纤分立器件向集成芯片化方向发展 , 基 于 SOI、Si₃N₄、InP 和聚合物平台的相关器件都有报道。 其中氮化硅光波导因具有芯包层折射率差大、器件尺寸小、与 CMO工艺相兼容 等优点 , 被广泛应用于集成光器件的

2、研究。本论文主要研究芯层厚度为200nm的低损耗单条形氮化硅光波导以及基于 该氮化硅光波导微环谐振器的可重构微波光子滤波器。 第一部分主要研究了低损 耗单条形氮化硅光波导的制备工艺及其优化方法。对波导的截面尺寸、弯曲半径、耦合间距及耦合长度等参数进行设计 ; 在此 基础上,通过光刻、反应离子刻蚀、PECVD退火等工艺制备了宽度为1.5卩m 厚度为200nm的单条形氮化硅光波导，并通过截断法和微环法对光波导的损耗特 性进行测试 , 分析了退火过程对波导传输损耗的影响。利用截断法测得未退火、 退火 3 小时和退火 6 小时三种退火时间下的氮化硅光波导的传输损耗分别为 3.45dB/cm、1.61d

3、B/cm和1.34dB/cm,且与模场直径为4.8卩m的细径光纤的端面 耦合损耗分别为1.73dB/cm、1.63dB/cm和1.64dB/cm;同时,通过测得的跑道型 微环谐振腔的传输光谱 , 拟合得到未退火、退火 3 小时和退火 6 小时三种退火时 间下的氮化硅光波导的传输损耗分别为 3.95dB/cm、1.64 dB/cm和1.66 dB/cm。两种测试方案结果表明 , 退火过程可以明显降低单条形氮化硅光波导的传输 损耗。第二部分主要在制备的低损耗氮化硅光波导基础上，对基于MZI耦合微环 谐振腔的可重构微波光子滤波器进行了研究。基于耦合模理论和传输矩阵法对 MZI 耦合微环谐振腔及基于微

4、环耦合非对 称MZI干涉器的光子滤波器理论模型进行分析。对器件中的2X 2多模干涉耦合器（MM）和用于热光调谐的金属电极的结构尺寸进行设计并优化。利用低损耗氮化硅光波导的制备工艺对设计的可重构光子滤波器进行制备 , 并进行通光测试。实验结果表明，对于单个MZI耦合微环谐振腔来说，在 0¹0.5V电压范围内可实现消光比从 1.6dB²2dB的调谐, 谐振波长实现一个FSR的偏移所需要为11.5V。为了得到更大的消光比，将MZI耦合微环谐振腔双环级联，最终取得消光比 达30.3dB的效果。而制备的基于微环耦合非对称 MZI干涉器的可重构光子滤波 器实现了 3dB带宽约为3.125GHz、占整个器件FSR的13.9%的窄带通滤波器和 3dB带宽约为11.2GHz、占整个器件FSR的 50%勺宽带通滤波器,通过改变器件参 数可实现窄带通滤波器和宽带通滤波器之间的转换。最后,采用制备的MZI耦合微环谐振腔搭建了可重构微波光子链路系统，测 试结果表明基于MZI耦合微环谐振腔的可重构