硅基微环谐振器(MRR)的传输特性研究及应用

基于微纳光纤环谐振器（MRR）的RZ到NRZ码型转换研究基于微纳光纤环谐振器（MRR）的RZ到NRZ码型转换研究摘要：随着光传输技术的不断发展，码型转换技术成为现实世界中光通信系统中的重要问题之一。

本文通过研究基于微纳光纤环谐振器（MRR）的RZ到NRZ码型转换器，探讨了该技术的应用和性能。

1. 引言码型转换技术在现代光通信系统中至关重要，因为不同的光传输系统可能使用不同的码型。

典型的码型转换器是RZ到NRZ的转换器，其中RZ表示归零码型，NRZ表示非归零码型。

微纳光纤环谐振器（MRR）是一种有潜力用于实现高性能码型转换的器件。

2. MRR的工作原理微纳光纤环谐振器是一种微小尺寸的环形结构，由光纤中部分镀膜导致的光信号在光纤环中多次往返，形成了谐振效应。

通过调节环的半径和波导宽度，可以实现不同的谐振频率。

当输入信号的频率与谐振频率匹配时，光信号将被捕获并在其他端口输出。

利用此特性，可以实现对光信号的幅度调制和码型转换。

3. RZ到NRZ码型转换器的设计RZ到NRZ码型转换器的设计是基于MRR的谐振效应。

设计中，首先需要确定合适的环半径和波导宽度，以实现所需的光信号频率。

然后，在输入端口之间选择适当的光子窗口，并通过幅度调制器对输入信号进行幅度调制。

通过调整输入信号的幅度和频率，可以实现RZ码型的转换。

4. 性能分析为了评估RZ到NRZ码型转换器的性能，我们使用了模拟方法和数值计算。

模拟中，我们通过改变输入信号的幅度和频率，评估了转换器的转换效率和误码率。

结果显示，该转换器在一定范围内具有良好的转换效率，并且能够实现低误码率的信号传输。

5. 实验结果为了验证模拟结果的有效性，我们设计了实验，并进行了实验验证。

实验中，我们使用了实验室自制的MRR以及光信号发生器和光功率计等设备。

通过实验数据的记录和分析，我们发现实际的转换效果与模拟结果相符合，进一步验证了该转换器的可行性。

6. 结论本文通过研究基于微纳光纤环谐振器（MRR）的RZ到NRZ 码型转换器，探讨了该技术的应用和性能。

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 reflection theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroring resonator,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。

微环谐振器的耦合和特性的分析与研究微环谐振器的耦合和特性分析与研究引言随着微纳加工技术的快速发展，微纳光学器件正逐渐成为现代光学与电子学领域的研究热点之一。

其中，微环谐振器作为一种重要的微纳光学器件，因其特殊的结构和良好的谐振特性，被广泛应用于微光学传感器、光信号处理以及光通信等领域。

本文将对微环谐振器的耦合和特性进行深入分析和研究。

一、微环谐振器的基本原理微环谐振器是通过在一个环形波导中构成高品质因子（Q）的谐振模式而产生强烈的光场共振效应。

其基本结构由环形波导和耦合区组成。

当入射的光场与环形波导的谐振模式相匹配时，会在谐振频率处形成窄带宽的共振增益效应。

二、微环谐振器的耦合机制微环谐振器中的耦合机制通常分为直接耦合和间接耦合两种。

其中，直接耦合指的是将光信号通过光纤等外界通道直接注入微环谐振器中。

而间接耦合常见的方式有布拉格光栅耦合、反射镜耦合和侧边耦合等。

这些耦合方式可以通过调整系统参数，如波导与微环之间的间距、耦合强度等，来实现与微环谐振器的光场交互。

三、微环谐振器的特性3.1 谐振特性微环谐振器的谐振特性是指其共振峰的频率、带宽和品质因子等性能指标。

通过调整微环的直径、耦合系数和环材料的折射率等参数，可以调节其谐振特性，使其在特定的光波波长范围内产生共振效应。

3.2 良好的光场限制效应微环谐振器由于其尺寸微小，对光场有强烈的限制效应。

当光场与微环谐振器的尺寸相匹配时，光场会在环中形成强烈的驻留效应，使得光子能够停留在微环中进行反复的传输和损耗。

这种限制效应可以用来增强微环谐振器的传感灵敏度和光学信号增益。

3.3 温度敏感性微环谐振器对温度的敏感性非常高。

由于微环谐振器的结构对温度变化非常敏感，微小的温度变化会导致微环材料的热膨胀或折射率的变化，从而改变谐振频率。

这使得微环谐振器可以被广泛应用于温度传感器和热光调制器等领域。

四、微环谐振器的应用领域4.1 光传感器由于微环谐振器对环境参数的敏感性，例如温度、压力、湿度等，其可以被广泛应用于光传感器领域。

研究动态Research Trends研究或首次实现中红外激光调频据美国物理学家组织网报道，美国科学家首次在实验室实现了中红外线激光的频率调制，在波长为100GHz及以上的光谱范围内，移动式平台不需要使用光纤也能实现每秒传输1000亿字节数据。

新研究有望给通讯方式带来变革。

最新技术由斯蒂文斯理工学院超速激光光谱实验室主任、物理学和工程物理学副教授赖纳·马汀尼领导的研究团队完成，相关成果发表在最新一期《应用物理学快报》（Applied Physics Letters）杂志上，《自然-光子学》杂志也将重点推介该研究。

随着高速本地环路网络互联需求的不断增长，光纤网络布线难以及成本高的问题日益突出，无线激光通信（OWC）技术开始受到青睐。

OWC又称自由空间激光通信（FSO），该技术不用光纤作为传输媒介，而是一种在自由空间中用太赫兹(THz，1012Hz)光谱范围内的激光或光脉冲传送分组数据(数据包)的通信系统。

FSO能提供与光纤传输相近的速率，且比光纤线路成本低。

由于激光技术的进步、激光器件造价的降低，FSO成为当前热门的一种新通信技术。

但该技术也面临着一些挑战，比如光束的传输极易受大雾等天气环境的影响而改变光束的传输路径、降低数据通信的可靠性等。

而对激光束进行调制能让FSO技术更好地传输更多数据。

几年前，马汀尼团队实现了中红外线的幅度调制（AM），但调幅信号容易受灰尘和雾气的干扰。

现在，他们首次实现了中红外线的频率调制（FM）。

马汀尼说：“调幅（AM）传输的数据会受环境的影响，但是，影响调幅传输的环境并不会影响调频传输的数据，因此更加可靠。

新研究使通过调频传输数据成为可能。

”作为方兴未艾的FSO技术先驱，马汀尼团队希望其技术成果能更好地应用于日常生活中。

他们的一个关注重点是，将FSO系统同现有的光纤网络系统整合在一起，使地上和地下的高速激光通讯成为可能。

该研究团队也在着手研发一种相位控制检波器，以与他们最新制造的相位控制发射器结合在一起，相位控制发射器将制造出一个全新的相位控制系统，使研究人员能管理该系统的方方面面。

硅基光波导微环腔与类行波fp腔器件及其应用2023-11-10•硅基光波导微环腔器件•类行波fp腔器件•硅基光波导微环腔与类行波fp腔器件的应用•硅基光波导微环腔与类行波fp腔器件的比较与展望目•研究展望与挑战录硅基光波导微环腔器件01微环腔是利用光波导的特性，将光限制在环路中传播，形成谐振腔。

微环腔器件的基本原理基于光波导理论微环腔通过不同波长的光波耦合和反射，实现滤波、调制等功能。

光波耦合与反射在强光场作用下，微环腔中的光波会产生非线性效应，如倍频、和频等。

光学非线性效应硅基光波导微环腔的设计波导结构设计根据应用需求，设计不同波导形状和尺寸的微环腔，实现特定波长和带宽的滤波、调制等功能。

光学非线性效应优化通过优化微环腔的结构和参数，提高非线性效应的效率。

材料选择选用光学性能优良的硅基材料，具有高折射率、低损耗等优点。

采用微纳加工技术，如电子束光刻、离子束刻蚀等，制作精确的微环腔结构。

微纳加工技术光学镀膜集成与封装在微环腔表面镀上不同折射率的薄膜，实现光学谐振和滤波等功能。

将微环腔与其他光学器件集成，组成光学模块，并进行封装保护。

03微环腔器件的制备工艺0201类行波fp腔器件02fp腔器件的基本原理基于干涉仪原理01FP腔干涉仪是一种光学干涉仪器，其基本原理是利用光的干涉现象来测量光学参数。

光学干涉的形成02当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，如果它们的相位差是2nπ（n为整数），则该点处的光强将加强，形成干涉峰；如果相位差为(2n+1)π，则该点处的光强将减弱，形成干涉谷。

FP腔干涉仪的特点03FP腔干涉仪具有高分辨率、高灵敏度、高稳定性等优点，因此在光学测量领域具有广泛的应用价值。

类行波FP腔的设计需要满足一定的条件，如光波在腔内传播的稳定性、高反射率、低损耗等。

通常采用全反射镜或半反射镜来构成FP腔，并通过优化镜面形状和材质来提高性能。

设计原则和方法硅基光波导微环腔是一种特殊类型的FP腔，它采用硅基光波导结构来实现光的干涉。

电磁激励的硅微谐振器的研究的开题报告一、题目：电磁激励的硅微谐振器的研究二、研究背景和意义：随着微纳米制造技术的迅猛发展，微型机械系统（MEMS）越来越广泛地应用于传感、控制、检测等领域中。

而硅微谐振器则是MEMS领域中的一种重要的微机电设备，可以用于制作滤波器、频率选择器、传感器等。

硅微谐振器具有体积小、频率高、灵敏度高等优点，已被广泛应用于通信、自动化、医疗、军事等领域。

目前，针对硅微谐振器的研究主要集中在静态或动态力学特性上，而对于其电磁激励的响应特性研究较少。

电磁激励是硅微谐振器的一种常见的兴奋方式，其在一些应用中被广泛使用。

因此，深入研究硅微谐振器的电磁激励响应特性对于充分发挥其优势，提高其在应用中的性能具有重要意义。

三、主要内容和研究方法：本研究旨在通过理论分析和实验研究，探究硅微谐振器在电磁激励下的响应特性，具体内容包括：1. 基于有限元方法对硅微谐振器电磁响应机理进行分析和建模，得出不同结构、尺寸和材料等条件下的电磁响应特性。

2. 建立硅微谐振器的电磁激励实验平台，测量硅微谐振器在不同电磁激励场下的响应，研究其频率变化、质量变化等特性。

3. 结合理论分析和实验结果，研究硅微谐振器在电磁激励下的共振特性、能量耗散机制、非线性效应等。

四、预期成果和研究价值：本课题研究将对硅微谐振器的电磁响应特性进行深入探究，有望取得以下成果：1. 探究硅微谐振器不同结构、尺寸和材料等条件下的电磁响应特性，为硅微谐振器的设计和优化提供理论基础和参考。

2. 研究硅微谐振器在电磁激励下的共振特性、能量耗散机制、非线性效应等，为其在应用中的性能提高提供指导。

3. 构建硅微谐振器的电磁激励实验平台，建立一套完整的试验方法和测试程序，为相关领域的研究工作提供参考。

本研究对于推动MEMS领域的发展，提高硅微谐振器在应用中的性能具有重要意义，同时也为相关领域的研究工作提供各种新的思路和方法。

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。

微环谐振器，作为一种典型的光学微结构，因其在全光信号处理中的重要应用而备受关注。

在本文中，我们将深入探讨微环谐振器的基本原理、结构特点以及在全光信号处理中的应用研究，并结合个人观点对其进行分析和解读。

1. 微环谐振器的基本原理微环谐振器是一种基于光波导的器件，通过光波在环形结构内部的多次反射和相互干涉实现谐振现象。

当光波进入微环谐振器后，会在环形波导内部进行多次来回传输，并与自身相互干涉，最终形成谐振效应。

这一原理使得微环谐振器具备了在光学信号处理中实现高效能量转换和频率选择的能力。

2. 微环谐振器的结构特点微环谐振器通常由光波导、耦合结构和环形波导等部分构成。

其中，光波导负责引导和传输光信号，耦合结构用于实现光的输入输出，而环形波导则是谐振现象发生的关键部分。

由于其结构紧凑、损耗低、响应速度快等特点，微环谐振器在光学信号处理中具备了独特的优势。

3. 微环谐振器在全光信号处理中的应用研究随着光通信和光信息处理技术的不断发展，微环谐振器在全光信号处理中的应用愈发广泛。

在光通信系统中，微环谐振器可用于实现光波长选择性开关和光频率转换。

在光传感领域，微环谐振器可以实现对微小光信号的高灵敏度探测和快速响应。

在光学计算和信息存储等方面，微环谐振器也发挥着重要作用。

总结及个人观点：微环谐振器作为一种典型的光学微结构，在全光信号处理中展现出了重要的应用前景。

通过对其基本原理和结构特点的深入理解，我们能更好地把握其在全光信号处理中的应用前景和发展趋势。

从个人角度来看，微环谐振器在全光信号处理中的应用研究将会带来一场光学技术的革命，为光通信、光传感和光学计算等领域的发展提供更多可能性。

微环谐振器在全光信号处理中的应用研究具有重要意义，我们有必要加大对其基础理论和实际应用的深入研究，进一步挖掘其潜在的应用价值。

相信在不久的将来，微环谐振器将会成为光学领域中不可或缺的重要器件，为全光信号处理技术的发展注入新的活力和动力。