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研究生: 鐘翊
Yi - Chung
論文名稱: 寬光頻譜馬克-詹德方向耦合器之研究與應用
Wavelength Independent Mach-Zehnder Directional Coupler and Its Applications
指導教授: 徐世祥
Shih-Hsiang Hsu
口試委員: 劉政光
Cheng-Kuang Liu
范慶麟
Ching-Lin Fan
李志堅
Chih-Chien Lee
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 延遲干涉儀波長不敏感色散
外文關鍵詞: Delay-MZI, Wavelength Independence, MZDC
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  • 絕緣層上覆矽(Silicon-on-Insulator, SOI)是近年來被廣泛應用在高速且低功耗的電子元件上,因為具有高折射率係數可大幅縮小元件體積,同時製作方式與互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)製程相容,有利於光電積體電路的發展。本文重點為馬克-詹德方向耦合器(Mach-Zehnder Directional Coupler, MZDC)的設計與應用,此元件是由一段短的延遲長度與兩段方向耦合器所組成;馬克-詹德方向耦合器具有任意分光率和波長不敏感的優點。本文會介紹MZDC的分光原理和波長不敏感的原因,並說明此元件如何被應用在環形共振腔(ring resonator)、差動相位偏移調變系統(Differential Phase Shift Keying, DPSK)和色散(Chromatic Dispersion, CD)監測。


    Silicon-on-insulator (SOI) has been widely utilized in high-speed, low-power electronics and optoelectronic integrated circuits (OEIC) these few years due to its high refractive index for small footprint and compatible processing with complementary metal oxide semiconductor (CMOS). The optical power coupling ratio and wavelength independence are very crucial functions in optical communications. In this thesis, a Mach-Zehnder directional coupler (MZDC), composed by two directional couplers connected with a short phase delay length, will be demonstrated in theory and experiment for micron and submicron SOI waveguides. MZDC owns the advantage of any splitting ratio and flatted wavelength response. A microring resonator (MRR) with 0.25-m silicon wire thickness and delayed Mach-Zehnder interferometer (MZI) with 5-m waveguide thickness, all constructed by MZDC, will demonstrate the consistent quality factor (Q) and chromatic dispersion (CD) monitoring.

    摘要 I ABSTRACT II 致謝 III 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2 研究動機 3 1.3 論文架構 4 第二章 波導理論與馬克-詹德方向耦合器原理 4 2.1脊型波導單多模條件 4 2.2 馬克-詹德方向耦合器的原理 6 2.3 馬克-詹德方向耦合器的設計 8 第三章 功率監測系統與DPSK光解調變器 12 3.1 理想延遲干涉儀 12 3.2 非理想延遲干涉儀 14 第四章 光波導製程 18 4.1 製程流程 18 4.2 RCA CLEAN 19 4.3黃光製程(微影) 20 4.3.1 HMDS(塗底,Priming) 20 4.3.2 光阻旋轉塗佈(Photoresist Coating) 22 4.3.3 軟烤(Soft Bake) 23 4.3.4 曝光(exposure) 24 4.3.5 硬烤(Hard Bake) 24 4.3.6 實驗參數 25 4.4蝕刻製程 25 4.4.1 複晶矽-活性離子蝕刻機(Poly-Si RIE)機台介紹 26 4.4.2 等向性與非等向性 26 4.4.3 壓力大小 27 4.4.4 RF功率 27 4.4.5 實驗參數 28 4.5 晶圓切割與研磨 28 4.6 製程的結果 29 第五章 量測結果 31 5.1實驗重複性問題 31 5.2 MZDC的量測與討論(5 M厚的SOI) 34 5.3 MZDC的量測與討論(0.25 M厚的SOI) 38 5.4 MZDC RING RESONATOR的量測(0.25 M厚的SOI) 40 5.5 DELAY-MZI 的量測與討論(5 M厚的SOI) 43 5.6 馬赫詹德延遲干涉儀的色散監測與討論 50 第六章 結論與未來展望 52 參考文獻 53

    [1] K. Jinguji, N. Takato, A. Sugita, M. Kawachi, “ Mach-Zehnder interferometer type optical waveguide coupler with wavelength-flattened coupling ratio,” Electronics Letters, Vol. 26, pp. 1326-1327, 1990.
    [2] B. E. Little, T. Murphy, “Design rules for maximally flat wavelength-insensitive optical power dividers using Mach-Zehnder structures,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 9, pp. 1607-1609, 1997.
    [3] S. H. Hsu, “Signal power tapped with low polarization dependence and insensitive wavelength on SOI platforms,” Journal of the Optical Society of America B, Vol. 27(5), pp. 941-947, 2010.
    [4] S. H. Hsu, “Optical waveguide tap with low polarization dependence and flattened wavelength using Mach-Zehnder directional coupler,” Applied Optics, Vol. 49(13), pp. 2434-2440, 2010.

    無法下載圖示 全文公開日期 2019/07/28 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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