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硅基光电子器件由于具有大带宽，高速率，低成本，与现如今成熟的互补金属氧化物半导体(CMOS)制作工艺兼容等特点成为光互连中的研究重点。而光开关作为光互连中核心的基本元素，其性能对整个通信网络起着至关重要的作用。传统的Mach-Zehnder光开关由于其大尺寸，高功耗等缺点限制了其在集成光学领域的发展。而微环谐振器光开关由于尺寸小、易于集成、低功耗等特点成为人们关注的重点。Fano谐振光开关由于其不对称的谱线特点，相比于传统的洛伦兹谐振光开关，其在功耗，消光比等方面有着卓越的表现。但是Fano谐振光开关有着一个很大的限制条件——工作带宽过窄，这个缺点极大的限制了Fano光开关的应用。大带宽Fano光开关的研究就显得十分必要。
本文提出了一种基于微环-波导-微环-波导(RBRB)结构的新型硅基反向Fano热光开关。其具有大带宽、低功耗、高消光比、高集成度等特点，为Fano光开关在高频信号领域的应用提供了一种解决思路。具体工作内容如下：
(1)基于时域耦合模理论对RBRB结构建立了理论模型并进行了分析。寻找到了四种典型的Fano谱线在RBRB结构中的实现条件，并证明反向Fano线形相比于正向Fano线形可以将透射谱带宽提升约480%。以右侧反向Fano谱线为例详细分析了不同参数对谱线特性的影响。借助时域有限差分(FDTD)仿真工具，确定了实现相应谱线器件的具体结构参数，验证了理论分析的正确性。
(2)设计制作了基于220nm绝缘衬底上的硅(SOI)的RBRB热光开关器件。利用单环加热结构测试分析了改变双环谐振波长时透射谱的变化情况。得到消光比28.4dB，3dB带宽281.3GHz，平均侧边陡峭度65.3dB/nm的反向Fano谐振线形。
(3)搭建了针对热光开关响应时间、传输眼图和误码率的测试平台并进行了相关测试。测试结果表明开关响应时间为3μs左右，在信号速率为40Gbit/s的条件下器件导致的功率代价基本可以忽略。借助Matlab对80/160/240/320Gbit/s的信号传输情况进行了仿真，结果表明器件理论上可以传输240Gbit/s的信号而不使信号有较大失真。
本文提出了一种基于微环-波导-微环-波导(RBRB)结构的新型硅基反向Fano热光开关。其具有大带宽、低功耗、高消光比、高集成度等特点，为Fano光开关在高频信号领域的应用提供了一种解决思路。具体工作内容如下：
(1)基于时域耦合模理论对RBRB结构建立了理论模型并进行了分析。寻找到了四种典型的Fano谱线在RBRB结构中的实现条件，并证明反向Fano线形相比于正向Fano线形可以将透射谱带宽提升约480%。以右侧反向Fano谱线为例详细分析了不同参数对谱线特性的影响。借助时域有限差分(FDTD)仿真工具，确定了实现相应谱线器件的具体结构参数，验证了理论分析的正确性。
(2)设计制作了基于220nm绝缘衬底上的硅(SOI)的RBRB热光开关器件。利用单环加热结构测试分析了改变双环谐振波长时透射谱的变化情况。得到消光比28.4dB，3dB带宽281.3GHz，平均侧边陡峭度65.3dB/nm的反向Fano谐振线形。
(3)搭建了针对热光开关响应时间、传输眼图和误码率的测试平台并进行了相关测试。测试结果表明开关响应时间为3μs左右，在信号速率为40Gbit/s的条件下器件导致的功率代价基本可以忽略。借助Matlab对80/160/240/320Gbit/s的信号传输情况进行了仿真，结果表明器件理论上可以传输240Gbit/s的信号而不使信号有较大失真。