王培勳

矽光子學已成為光子積體電路PIC (Photonic Integrated Circuit)的重要技術之一。這種技術被期望可克服長途通信中數據傳輸頻寬瓶頸的解決方法。高速傳輸需求的增加也促進了在光網路中大量使用密集波長分波多工（DWDM）系統。氮化矽耦合共振腔光波導結構是一種具有傳播損耗低、訊息不失真、大頻寬和結構密集且尺寸盡可能微小的技術，可應用於濾波器、色散補償和光儲存器領域。 本論文選擇低損耗材料氮化矽，研究耦合共振光波導頻寬優化，第二部分討論典型的Add-drop環形共振腔與雙環型共振腔透過OptSim Circuit與MATLAB數值計算模擬。利用這些模擬方法進行分析模擬驗證，確保模擬更為精確。為了設計有效濾波器元件並討論在不同尺度下之雙環型共振腔，結果顯示不對稱環型共振腔有較窄的半高頻寬，因游標尺效應(Vernier effect)有顯著較大的自由頻譜範圍。 論文第三部分主要討論耦合共振腔光波導設計改善方法，並討論兩種非對稱耦合共振光波導的尺度設計形式。模擬結果顯示，這一種非對稱耦合共振光波導的半高頻寬都比原本的耦合共振光波導提高了超過45%，表明非對稱的耦合共振光波導具有較寬的半高頻寬。此外，我們還深入討論了功率耦合係數與半高頻寬的關係。模擬結果顯示，半高頻寬與功率耦合係數呈現線性相關，這啟發了可以通過改善波導幾何結構或環腔設計來改善耦合共振光波導的半高頻寬。 在進一步的研究中，我們發現耦合共振光波導的功率耦合係數必須保持一定的比例，以避免產生帶通波紋。此外，當環腔與環腔的功率耦合係數大於波導與環腔的功率耦合係數時，帶通濾波器也會產生大量波紋，從而無法為有效濾波器功能。綜上所述，改善耦合共振光波導的耦合係數，同時有助於避免波紋的產生，進一步改善半高頻寬效益。 在研究中，我們還發現，光波導的損耗對於耦合共振光波導的設計和分析非常重要。分析結果顯示，光波導的輕微損耗有助於消除波紋，使得耦合共振腔光波導的表現接近於理想情況。此外，損耗與頻寬呈現反比趨勢。因此，在耦合共振光波導的設計和分析中，需要注意光波導的損耗對性能的影響。 本論文研究了耦合共振光波導頻寬優化的方法，探討新的設計方式以改善半高頻寬，進而提升抑制波紋效益。研究中使用Synopsys OptSim Circuit設計軟體，展示了CROW架構布局與模擬測試結果，以展現矽光子積體電路的潛力與可用性。根據研究結果顯示改善半高頻寬，進一步提高矽光子積體電路的性能。