硅基微纳光电子器件的研究PPT课件.ppt

硅基微纳光电子器件的研究汇报人：XXX学号：XXX

目录1.研究背景2.不同类型的MEMS可调谐激光器3.典型MEMS可调谐激光器的结构分类4.结语

1.研究背景

现阶段,硅基加工工艺已经发展得比较成熟,加之硅基光电子元件的制造成本相对较低,而且光电混合继承性能较理想,故硅基光电子元件在光纤通信领域已经有较为广泛的应用,尤其是向微纳米机电系统的深化,使其应用的空间更加广阔。

随着研究的深入，硅基光电子元件仍在不断发展进步，各种性能在不断优化，随着硅基微纳光机电系统技术的不断发展，出现了硅基微纳光电子器件，意味着性能方面又上了一个阶梯。

为了减少Ⅲ-Ⅴ族材料制作微纳光电子器件的成本，现阶段人们尝试以硅作为纳米电子器件的材料,而且凭借硅在1.3~1.5μm通信波段低功耗的优势，已经成功生产出了大量的硅基微纳光电子器件。例如MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)可调谐激光器，基于NEMS(Nano-ElectromechanicalSystem)技术的纳米光功率探测器，都是目前比较成熟的硅基微纳光电子器件。

本文针对硅基微纳光电子器件展开研究，以MEMS可调谐激光器为例，讨论其各种类型与结构，及优势与缺陷，努力对其做出更加全面的认识，探讨硅基微纳光电子器件的应用对于通信等领域发展的现实意义。

2.不同类型的MEMS可调谐激光器

随着光通信网络的发展和扩大，对波长的要求也越来越多。如果采用传统的固定波长的激光器分配给每个波长信道，不但需要封装多个激光器，而且会大大增加光通信网络的成本及管理的复杂化。由此引入了可调谐激光器，于是光通信网络成本可以得到有效的降低，网络灵活性得到了扩展，可任意控制信道波长，便于准确地控制频道间隔。可调谐激光器可采用电流调谐、温度调谐、机械调谐技术，一般采用其中的一种或两种技术。在机械调谐中，MEMS结构是最有希望的一种技术，可获得大范围调谐的激光器，近几年已成为开发热点，MEMS宽带可调谐激光器是国际上研究的热点，已取得较大进展。以下对几种不同类型的MEMS波长可调谐激光器进行介绍。

（1）基于MEMS反射镜的可调谐激光器

采用MEMS可移动反射镜作为外反射器，已研制出用于WDM系统的宽调谐激光器。采用MEMS反射镜作为激光选择器的优点是：可进行无源布局，并采用具有极低成本的高性能光集成自动操纵系统；当与光功率监测器一起使用时，可使激光器与调制之间的耦合连续最佳化，以便在整个温区和时间内减小输出功率变化；MEMS反射镜的调节可补偿由于透镜的激光焊接所导致的机械位移，无须对焊接后的激光器进行冲击或机械变形。典型器件为采用表面微加工三维（3D）反射镜和深腐蚀圆形反射镜集成的可调谐激光器。

基于表面微加工3D反射镜的MEMS可调谐激光器

采用表面微加工3D反射镜作为外反射器，并将该反射镜与激光器和光纤集成获得可调谐激光器。该可调谐激光器的梳状驱动器有两排梳齿。如下图所示。梳状驱动致动器

下图为该可调谐激光器的扫描电子显微镜（SEM）照片。采用表面微加工工艺制作3D微反射镜及其旋转结构。在完成制作并将反射镜分开之后，在预定位置竖立反射镜，然后通过定位架进行

固定。集成之后，将激光器和光纤与衬底粘接。

采用表面微加工反射镜的可调谐激光器SEM照片

基于深腐蚀圆形反射镜的MEMS可调谐激光器

由于采用表面微加工技术会产生弯曲应力，并有工艺孔，还需要腐蚀除去无反射镜的牺牲层，所以难以获得高性能的大型反射镜，使表面微加工技术受到一定限制。相比之下，采用深腐蚀技术可制作各种垂直的光器件。已研制出一种采用圆形反射镜作为反射器的MEMS可调谐激光器，下图示出了该闭合的圆形反射镜及其驱动器。其MEMS结构包括圆形反射镜、梳状驱动器和用于激光器和光纤的沟槽。该圆形反射镜有助于将来自激光器的散射光聚集返回激射腔。当将MEMS结构与激光器集成时，可大大减少对准的难度。闭合的圆形反射镜

（2）基于闪耀光栅的MEMS可调谐激光器

基于闪耀光栅的MEMS可调谐激光器是采用深腐蚀的旋转闪耀光栅作为外反射器，这种MEMS可调谐激光器的一个重要特点是涂覆光栅，而不是涂覆微透镜。此外，通过微透镜的侧面阻挡激光。该光栅的闭合和旋转梳状驱动器示于下图。该可调谐激光器以接近单纵模工作，通过选择适当的光栅参数解决跳模问题。闭合的旋转光栅

（3）阵列集成的MEMS可调谐DFB激光器扩大DFB激光器调谐范围的一种有效技术是通过将多个DFB谐振腔集成到一个阵列中，就可扩大波长可调谐范围。Santur公司采用DFB激光器阵列技术，将12个不同波长的DFB激光器阵列与透镜和简单的开关一起耦合，以便改变器件的输出波长。下图为阵列集成的可调谐激光器简图。因为