新型微型环形谐振腔的研究+文献综述(2)
革命性的进步 。 目前采用密集波分复用和光器件是光通信系统的核心 ， 对通信系统的
性能及成本 有 很大的影响，因此光器件的研究和市场化一直是光通信技术的发展重点。
光纤通信系统中的关键光器件除了光源 、 光放大器和光探测器之外 ， 还有光开关 、
光滤波器、光分 / 插复用器、光波分复用器 / 解复用器、光交叉连接器和光调制器等 。
光学系统的小型化 ， 规模化的要求促使集成光学的出现 ， 它是光学器件和系统发展的结果。
由于不断增长的网络需求 ， 新千年见证了数据交换量爆炸式的增长 。 因此 ， 全光
学转换装置被看做是未来高速光学交流系统的关键元件。因为虚拟光学转换的瞬间
性 ， 微环谐振器使平行逻辑运算和高速转换成为可能 。 由于当前先进的半导体制造技
术，将这种半导体平台上的装置搬到现实世界中的努力是显而易见的。
过去的数年中 ， 微环型谐振腔被提议装配到玻璃 ， 二氧化硅 ， 砷化镓 ， 磷化锌和
聚合物平台上。过去工作的焦点是实现、制造、优化这些装置来实现线性应用 , 例如
波长分离和加减过滤器 。 研究给予半导体微环型谐振腔的砷化镓和磷化锌非线性特征
和证明这种光学转换应用和光子逻辑门的被动装置的应用是它的目标和有趣的地方 。
研究人员已经设计出多种微环谐振结构 。 如单波导结构 、 双波导耦合结构及各种
级联结构 。 其中 ， 微环串联结构可以获得类矩形滤波峰 ， 并联结构可以扩大微环的自
由谱域。近年来国外著名大学和研究中心如 Comell 大学、 Maryland 大学、 IBM 的
ThomasJ.Watson 研究中心、加州理工大学、 MIT ， Rochester 大学、 Eindhoven 技术
大学、 Bristol 大学和 Glasgow 大学等都在微环领域开展了大量基础和应用研究 。 微
环在国内目前还处于研究的初期阶段，上海交通大学、浙江大学、北京半导体所 、 上
海光机所 、 长春光机所 、 吉林大学 、 华中科技大学等单位开展了一些理论以及少量实
验研究，因此本领域有较大的发展空间。1.2 1.2 1.2 1.2 研究方法 研究方法 研究方法 研究方法
微环谐振腔的研究方法主要有传输矩阵法（ TMM ） 、时域有限差分法（ FDTD 法 ） 、
耦合模法。
1.2.1 传输矩阵法 [1]
传输矩阵法是将磁场在实空间的格点位置展开 ， 将麦克斯韦方程组化成传输矩阵
形式，变成本征值求解问题。
传输矩阵法的实质就是将麦克斯韦方程组转化为传输矩阵 ， 也就是传输矩阵法的
建模过程 ， 具体如下 ： 利用麦克斯韦方程组求解两个紧邻层面上的电场和磁场 ， 从而
得到传输矩阵 ， 然后将单层结论推广到整个介质空间 ， 由此即可计算出整个多层介质
的透射系数和反射系数。
利用 TMM 传输 [2]
矩阵计算出微环或串并联后的微环组合的输出 / 输入比和波长的
关系，来考察微环谐振器对波长的选择性的优劣。
微环谐振器的典型结构如下图（ a ） ，它由输入 / 输出 Bus 波导、耦合器和环形谐
振腔构成 。 Bus 波导的作用一方面是确保光纤和芯片的有效耦合 ， 另一方面是提供光
在芯片内的单模传输，环形谐振腔充当 “ 光库 ” （ optical reservoir ） ，使满足谐振
条件的光相干加强 ， 而耦合器则为光在 Bus 波导和环形谐振腔之间的相互转移提供了
通道。图 1-1 ：微环典型结构和输出响应
微环谐振器的工作原理与 Fabry-Perot 腔类似 ， 不同之处在于环形腔本身能够提