环形谐振腔课件

1、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： 图3.简化模型示意图（一个输入、输出波导）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）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）性能指标：（1）谐

2、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：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（interring coupling） 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（interring coupling）7. 图16. “ 串联”多谐振腔示意图参考文献1. D.G.Rabus, Integrated Ring Reson

3、ators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 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 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

4、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direct lithographic）参考文献1. D.G.Rabus, Integrated Ring Resonators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 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

5、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FSR21.6nm20.6nmFWHM0.18nm0.43nmF12048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

6、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, Integrated Ring Resonators, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 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）, 2004 3. 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