1、隨著摩爾定律的不斷減慢，“More than Moore”的概念開始逐漸受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。硅基光子學(xué)作為“More than Moore”概念的重要候選方案，不僅可以提升現(xiàn)有多核心多處理器系統(tǒng)的計(jì)算能力，還可以拓展半導(dǎo)體器件功能的應(yīng)用范圍。光柵作為一種在傳統(tǒng)光學(xué)中被廣泛采用的光學(xué)結(jié)構(gòu)，在硅基光子學(xué)中依然扮演著重要角色。因其易于制造和與CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）工藝相

2、兼容的特點(diǎn)，光柵被應(yīng)用于多種硅基光子器件中，如混合集成激光器，耦合器，反射器和生物傳感器等。多樣的實(shí)現(xiàn)方式和靈活的可設(shè)計(jì)性使得光柵結(jié)構(gòu)在硅基光子器件的小型化，集成化和豐富化等方面依舊是一個(gè)非常具有吸引力的研究課題。本文的研究主要集中于光柵在分布式反饋諧振腔，波導(dǎo)與光纖耦合器以及反向耦合器方面的應(yīng)用。論文主要的研究成果與創(chuàng)新可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　?。?）為了探索通過增大分布式反饋諧振腔的模式體積來囊括更多量子點(diǎn)以提高發(fā)光功率的

3、可能性，本文提出了縱向模場(chǎng)拉伸方法以增大模式體積，在220nm頂厚絕緣體上的硅（SOI Silicon-on-insulator）上實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有75.39μm3模式體積的四分之一相移分布式反饋諧振腔，是光子晶體微腔模式體積的1000多倍。諧振峰的線寬為69pm，消光比為15dB。同時(shí)，通過與其他參數(shù)諧振腔的對(duì)比，驗(yàn)證了縱向模場(chǎng)拉伸增大模式體積的設(shè)計(jì)方法。
　?。?）為了研究鍺量子點(diǎn)在大模式體積諧振腔中的發(fā)光特性，實(shí)驗(yàn)制作并測(cè)

4、試了具有側(cè)向電流注入結(jié)構(gòu)的四分之一相移分布式反饋諧振腔器件。該器件基于嵌有分子束外延生長(zhǎng)的30層鍺量子點(diǎn)的脊形波導(dǎo)制作，波導(dǎo)總厚度為790nm。在40mA的注入電流下測(cè)得了寬譜的電致發(fā)光譜線，說明此時(shí)鍺量子點(diǎn)依舊為自發(fā)輻射發(fā)光。
　?。?）設(shè)計(jì)并制造了兩種在多模平板上具有緊湊型結(jié)構(gòu)的新型光柵耦合器：在700nm頂厚絕緣體上的氮化硅（SNOI Silicon nitride-on-insulator）上設(shè)計(jì)了針對(duì)條形波導(dǎo)的光柵耦合器

5、，尺寸僅為70.2μm×19.7μm，達(dá)到了-3.7dB的峰值耦合效率與54nm的1dB耦合帶寬；在790nm頂厚的SOI上設(shè)計(jì)了針對(duì)脊形波導(dǎo)的光柵耦合器，得到了-6.18dB的峰值耦合效率和45.8nm的3dB耦合帶寬。
　?。?）提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種新型雙模式通道光柵輔助反向耦合濾波器，利用疊加的混合波導(dǎo)光柵同時(shí)實(shí)現(xiàn)了基模和一階模式反向耦合濾波。模擬結(jié)果顯示通過疊加兩個(gè)切趾的波導(dǎo)光柵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合邊帶、串?dāng)_、自反射和反射耦合的

6、同時(shí)抑制。該器件可以配置為多種應(yīng)用功能，本文通過實(shí)驗(yàn)展示了一種模式可選擇下載濾波器，測(cè)試得到通帶中心波長(zhǎng)為1548.0nm，3dB帶寬為2.54nm，模式選擇所需的熱光調(diào)制溫度為50K。
　?。?）提出并系統(tǒng)分析了一種新型多波導(dǎo)分布式反饋諧振腔，該腔的諧振模式在多條波導(dǎo)中同時(shí)諧振，并同時(shí)具有單模諧振特性。理論計(jì)算表明多波導(dǎo)分布式反饋諧振腔具有數(shù)倍于單波導(dǎo)分布式反饋諧振腔的模式體積，并同時(shí)擁有更小的凈閾值增益密度。在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上