硅基耦合微环中的类电磁诱导透明/吸收效应

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随着微电子器件的高度集成化,传统电子器件已经不能满足对数据传输速率和带宽的的要求。而硅基光电子器件逐渐凭借着其制作成本低、传输速率快、传输带宽极大、与CMOS兼容、抗电磁干扰等等优点广泛运用在许多重要领域,比如光通信、光存储、光互连等。硅基耦合微环谐振器是其中一种至关重要的硅基光电子基础器件。近年来,在硅基耦合微环谐振器中发现的类电磁诱导透明/吸收(类EIT/EIA)效应逐渐成为了一个研究热点,类EIT/EIA效应会使得一束本来应该被吸收的光变得不吸收,同时还会使得光的群速度骤减,甚至为0,从而产生很强的慢光效应,可用于光的延时与缓存,实现全光存储。类EIT/EIA效应除了可用于慢光,还可以用于光开关、光传感器、非线性光学、量子信息处理等领域,同时对比原子系统中的EIT/EIA效应不需要苛刻的实验条件,因此类EIT/EIA效应会有更加广泛的应用。本文提出了环-波导-环-波导(ring-bus-ring-bus:RBRB)的基于SOI的新型微环结构。其中两个谐振器通过一个不对称的3×3耦合器发生耦合,并在该结构中第一次实验实现了EIT/EIA效应。同时对相关硅基耦合微环谐振器进行了理论分析和实验研究。主要的内容如下:(1)运用时间耦合模理论对全通型单环谐振器、上下话路型单环谐振器和RBRB结构进行了理论分析,并建立了相应的理论模型。并对理论模型进行模拟仿真,分析了环的谐振波长和环与直波导耦合损耗率改变对单环以及RBRB结构特性的影响。同时考虑了双环的直接耦合和间接耦合作用。在双环直接耦合作用影响下,当系统发生类EIT/EIA效应时,双环的谐振波长并不是完全相同,而是略有差异,并通过仿真结果确定了双环的直接耦合系数为负值。(2)制作了环半径在5μm附近的一系列RBRB微环结构,维持低Q环参数不变,在高Q环和中间波导的距离取不同值时,通过不断微调高Q环半径,以改变双环谐振波长差,最终分别在直输出端和下话路端实验观察到了类EIT和类EIT效应。在高Q环过耦合条件下,随着高Q环和中间波导的距离增大,高Q环谐振峰的消光比越来越大,类EIT透明峰峰顶透过率和带宽越来越小,Q值也越来越高,最高可达约9000。在同一块片子上也制作了全通型单环,实验结果表明谐振波长随环半径增大而增大,拟合斜率(Δl/ΔR)为0.753。(3)制作了环半径在10μm附近热光可调RBRB微环结构,即在高Q环上方加上加热器,通过调节加热器的功率在一定范围内随意调节双环谐振波长差,最终得到了类EIT效应。高Q环和中间波导的距离和输出谱的关系和普通的RBRB中的一样,类EIT透明峰Q值最高可达约17000。同时根据输出谱右侧出现了明显的Fano线型,论证了双环直接耦合不可忽略,并确定了实验采用的RBRB结构的双环直接耦合系数为负值。在同一块片子上也制作了热光可调全通型单环,实验结果表明谐振波长随加热器功率增大而增大,加热器的热光调制效率(Δl/ΔP)为0.273 nm/mW。
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