硅基微环谐振器特性研究及其应用

中红外硅基环形谐振腔中若干非线性效应及其应用研究的开题报告一、研究背景和意义中红外激光器在医学、生命科学、环境监测、工业制造等领域有着广泛的应用需求。

而硅基环形谐振腔由于具有可集成性、低损耗、高品质因子等优点，成为实现高效中红外激光器的重要结构。

然而，硅基环形谐振腔中存在许多非线性效应，如自相位调制、非线性折射率、自锁模等，这些效应本身具有很高的科学意义，同时也能为中红外激光器的实现提供新的思路和途径。

二、研究内容本课题将针对中红外硅基环形谐振腔中的若干非线性效应进行深入研究，主要包括以下内容：1. 自相位调制效应：自相位调制是在非线性介质中产生的一种非线性相位调制，其可以用于高带宽光通信和在中红外波段实现光谱测量等领域。

本课题将尝试通过实验和理论探究硅基环形谐振腔中的自相位调制效应及其机制。

2. 非线性折射率效应：非线性折射率又称为Kerr效应，是介质中出现非线性效应的最基本形式之一，常用于调制光学波导和谐振腔中的光。

本课题将尝试探索硅基环形谐振腔中的Kerr效应及其表现形式，以及通过Kerr效应实现光脉冲的调制和光梳的产生。

3. 自锁模效应：自锁模是指谐振腔自发地对光进行共振，使光强不断增强，最终稳定在谐振腔的固有模式上。

自锁模效应在光学传感和激光器等领域有着广泛的应用。

本课题将探究硅基环形谐振腔中的自锁模效应及其特性。

三、研究方法本课题将采用实验和理论相结合的方法进行研究。

具体来说，将制备中红外硅基谐振腔，利用拉曼光谱和自由光谱测量（FSR）等手段对其进行表征，并通过控制泵浦光功率、波长等参数，研究谐振腔中的自相位调制、非线性折射率、自锁模等效应。

同时，基于非线性光学理论模拟和分析谐振腔中光与物质的相互作用，深入探讨各种非线性效应的机制和特性。

四、预期成果本课题预期通过对中红外硅基环形谐振腔中的非线性效应进行研究，探索出新的光学现象和机理，为实现中红外激光器提供新思路和途径，并能在医学、生命科学、环境监测和工业制造等领域起到重要作用。

硅基微环谐振器耦合诱导透明效应的研究硅基微环谐振器是一种重要的光子集成器件，具有小尺寸、高品质因子和灵活可调的特点，被广泛应用于各种光子学应用中，例如光通信、光传感和量子信息处理等领域。

而耦合诱导透明效应（coupled-induced transparency，CIT）是一种基于光子之间的相互作用导致的光学现象，能够实现光的存储和操控，因此引起了学术界的广泛关注。

硅基微环谐振器的核心结构是一个闭合的光波导环路，通过调节环路的尺寸和曲率可以实现对光的谐振增强效应。

当两个或多个微环谐振器通过耦合波导相连时，它们之间的光学相互作用将导致CIT现象的出现。

CIT现象的物理原理是在耦合的微环谐振器中存在两个共振模式（resonant modes），它们的振荡频率非常接近但能量分布却不同，一个强一个弱。

当输入光与强模式共振时，强模式的能量将通过耦合波导传导到弱模式上，形成一个透明窗口，使得输入光通过这个系统时几乎不被吸收或散射。

这一现象可以看作是一个与介质中的原子或分子相类似的集体激发现象，被称为“光子原子”。

CIT现象的实现对于光学信息存储和量子信息处理具有重要意义。

通过调节输入光的频率和强度，可以控制透明窗口的位置和形状，实现光源的存储和操控。

此外，通过在环路中引入双光子非线性效应，可以实现光的双光子操控和单光子非线性干涉效应。

研究人员通过理论模拟和实验验证，证实了硅基微环谐振器耦合诱导透明效应的存在和特性。

一方面，通过精确设计微环谐振器的参数，如半径、宽度和耦合长度等，可以调控耦合效率和透明窗口的形状，实现对光的高效存储和操控。

另一方面，通过制备高质量的硅基微环谐振器并通过微纳加工技术精确控制耦合情况，可以实现光子之间的高效耦合和传输。

此外，研究人员还通过在硅基微环谐振器上引入光子晶体结构、金属纳米颗粒或几何谐振结构等手段，进一步拓展了CIT现象的应用和性能。

例如，在硅基微环谐振器中引入光子晶体结构，可以实现光子晶体波导和微环谐振器之间的耦合，从而实现更高的耦合效率和更低的能量损耗。

硅基光电材料的研究与应用硅基光电材料是当今光电子技术的重要组成部分，具有广泛的研究和应用前景。

本文将介绍硅基光电材料的研究现状和应用，展示了其在信息通信、太阳能电池等领域中的重要作用。

一、硅基光电材料简介硅基光电材料主要指硅材料在光学和电子方面的应用，是集材料科学、电子工程和光学等多种学科于一体的交叉领域。

硅是一种常见而廉价的元素，广泛地存在于自然界中，并且具有良好的物理化学性质和易加工加工等优点，因此，硅基光电材料在信息处理、传输、储存、显示、能源、生命科学等领域具有重要实际应用价值。

硅基光电材料的主要性质包括：1、非线性光学特性；2、较高的光学和电学响应速度；3、宽带电视和较高的光波导模式；4、良好的热稳定性。

硅基光电材料的发展程度和应用广泛程度，可以从其应用领域中得到体现。

二、硅基光电材料在信息通信领域中的应用信息通信技术对硅基光电材料的发展起到了重要推动作用，比如光收发器、光纤放大器、光开关等硅基光电子器件在信息通信领域的应用，已经深深地渗透到人们的日常生活中，使得信息数据得以快速而可靠地传输和处理。

在信息通信领域，光收发器和光纤传输技术是硅基光电材料应用的重要领域。

光纤传输技术可以高效地传输信息，同时，硅基光纤中的模式分裂优势，可以实现高速、大容量和低噪声的光信号传输。

光收发器则可以将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号，在数字通信系统中具有重要作用。

此外，在数据存储领域，基于硅基微环谐振器，可以实现高速、低功耗、大容量的光盘存储。

三、硅基光电材料在太阳能电池领域中的应用太阳能是最为广泛使用的可再生能源之一，硅基光电材料在太阳能电池领域中的应用，可以提高太阳能电池的效率和光吸收的量。

太阳能电池的复合物和表面掺杂等表层修饰技术中，硅基光电材料的研究和应用，是本领域的发展热点。

硅基太阳能电池的研究多年来依旧是研究热点。

这是因为硅基太阳能电池拥有较高的光电转换效率，并且硅基材料的价格较便宜，不成膜亦可制备。

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析潘武;周亚婷;邓珊;程彩玲【摘要】The silicon-based ultra-compact microring resonator in the terahertz communication window was de-signed.According to the transfer matrix method and the coupled mode theory,the transfer function of the microring re-sonator was calculated,and the critical coupling conditions of microring resonator were obtained by analyzing the waveguide coupling coefficients.3D finite-difference time-domain method is used to analyze the performance parame-ters of microring resonator,and the obtained results were compared with that of the cascade dual microring resona-tor.The results show that a free spectral rang of the microring resonator is 27 GHz and an insertion loss is 0.3 dB.And the spectral shape factors of two kinds of microring resonators are 0.1 6 and 0.52 respectively.That means cascade du-al microring resonator result in flatter top resonance and higher roll-off vertical degree.%设计了一个工作频率在太赫兹大气传输第一窗口的硅基波导型微环谐振器。

硅基微环/微盘谐振腔及其光子器件的研究的开题报告一、研究背景近年来，随着通信技术的发展和普及，高速、大容量、低功耗的光通信成为了人们关注的热点问题。

在光通信中，微环/微盘谐振腔是一种重要的器件结构，可以用于实现滤波、调制、调制解调等功能。

而硅基微环/微盘谐振腔由于具有尺寸小、制造工艺成熟、集成度高、性能稳定等优点，已经成为了目前研究的热点之一。

二、研究目的本文旨在通过对硅基微环/微盘谐振腔的研究和探究，了解其基本原理、设计方法和制备工艺，探究其在光通信领域中的应用，并且希望能够在制备技术、尺寸调控、品质因子等方面做出一些探索和改进，提高硅基微环/微盘谐振腔的性能。

三、研究内容1. 硅基微环/微盘谐振腔的基本原理和设计方法对硅基微环/微盘谐振腔的基本原理和设计方法进行研究，了解其工作原理、谐振条件、谐振频率等基本特性。

通过对硅基微环/微盘谐振腔的设计进行分析，探究其在光子器件中的应用。

2. 制备技术和性能调控研究硅基微环/微盘谐振腔的制备工艺，包括光刻、腐蚀、沉积等工艺流程，并且通过对工艺参数的调节和优化，提高硅基微环/微盘谐振腔的品质因子和性能。

3. 光学性质和应用研究对硅基微环/微盘谐振腔的光学性质进行研究，包括波导耦合、谐振峰宽、自由光谱范围等特性。

探究硅基微环/微盘谐振腔在光通信领域中的应用，包括滤波、调制、调制解调等方面的应用。

四、研究意义硅基微环/微盘谐振腔具有尺寸小、制造工艺成熟、集成度高、性能稳定等优点，在光通信中具有重要的应用价值。

本文研究的硅基微环/微盘谐振腔，将有助于完善其在光通信中的应用，为光通信技术的发展做出贡献。

同时，本文的研究内容还将对微纳光学器件的研究与制备提供一定的参考意义。

光学微环谐振腔的研究与应用摘要：随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。

微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。

本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。

然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。

基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-Insulator SOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。

我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构，这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。

关键词: 微谐振腔, 光波导，SOI，陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of future all-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total internal reflection (TIR) theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroringresonator, analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信，顾名思义，即用光作为信息的载体来传递信号，在通信不发达的古代，人们就已经懂得利用光来传递信息。

新型微环谐振器及其传感特性研究新型微环谐振器及其传感特性研究近年来，微纳技术的快速发展带来了许多新型器件和材料的涌现，其中微环谐振器作为一种高灵敏度、高选择性的传感器，在光电子学、生物医学和环境监测等领域中得到了广泛的应用。

本文将介绍一种新型微环谐振器的结构设计和传感特性研究。

首先，我们简要介绍一下微环谐振器的基本原理。

微环谐振器是一种由环形光波导构成的谐振腔结构，通过调节环形光波导的尺寸和折射率来实现不同波长的谐振模式。

当外界环境发生变化时，微环谐振器的谐振波长会发生改变，从而可以通过检测谐振波长的变化来实现对环境参数的敏感检测。

在传感方面，新型微环谐振器具有几个特点。

首先，采用高折射率材料制作的微环谐振器具有更高的光波导参量，可以实现更小的尺寸和更大的灵敏度。

其次，由于谐振模式是通过环形光波导的尺寸和折射率来调节的，因此可以实现多种不同波长的传感模式，并且可以通过控制传感模式的距离来实现多参数传感。

此外，由于微环谐振器的谐振波长与外界环境的折射率有关，可以通过改变环境折射率来实现对不同物质的检测。

为了研究新型微环谐振器的传感特性，我们设计并制备了一种基于硅光子学的微环谐振器。

该微环谐振器的尺寸为50μm × 50μm，采用硅基材料，工作波长为1550nm。

通过光刻和热氧化等工艺步骤，成功制备了微环谐振器的样品。

接下来，我们对微环谐振器的传感特性进行测试。

首先，通过将样品置于不同折射率溶液中，我们测量了谐振波长随溶液折射率的变化。

实验结果表明，谐振波长随溶液折射率呈现线性关系，且灵敏度约为100 nm/RIU (Refractive Index Unit)。

这表明新型微环谐振器具有较高的灵敏度和选择性。

接着，我们进行了多参数传感实验。

通过引入两个微环谐振器，分别浸泡在不同折射率溶液中，我们测量了两个谐振波长随溶液折射率的变化。

实验结果表明，两个微环谐振器的谐振波长变化具有较好的线性关系，可以实现多参数传感。