利用有限元法研究了弱耦合偏芯少模光纤高阶模式的模场特性、隐失场特性及弯曲损耗。分析了光纤参数对相邻模式之间最小有效折射率差的影响,并对偏芯光纤进行优化,使其支持10个线偏振模式且满足弱耦合条件;此外,研究了波长为1550 nm条件下,10个线偏振模式的功率分布和弯曲损耗。研究结果表明,在整个C波段,相邻模式之间最小有效折射率差均大于10 -4;且该光纤在高阶模态下表现出更强的隐失场强度、更高的传感灵敏度和更大的弯曲损耗,同时可以区分特定的弯曲方向。这些研究结果对于提高传感器灵敏度有潜在的应用价值。

化学机械抛光(Chemical & Mechanical Polishing,CMP)工艺已运用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)中, 并逐渐成为研制高品质微纳器件不可或缺的一道关键技术。区域压力调整、抛光终点检测等技术已经引入到CMP工艺, 确保片内不均匀性(Within-wafer Nonuniformity, WIWNU)小于5%, 同时有效减小“蝶形”和“腐蚀”等抛光缺陷。CMP在MEMS领域中的运用工艺过程更为复杂, 抛光对象更为多元, 表面质量要求更高。结合硅、介质层、石英、锗、铂和聚合物等自行开发的CMP工艺以及抛光后清洗处理, 详细讨论和阐述CMP工艺如何运用于MEMS领域。实验结果表明, 采用CMP工艺, 结合抛光液改进和兆声清洗, 不仅可以实现薄膜的全局平坦化, 而且可以获得高品质的超薄基底、无损的硬质应变薄膜和用于低温直接键合的表面粗糙度小于0.5 nm键合表面。CMP 技术是研制高品质的可应用于MEMS 器件的基底和薄膜的有效手段。

InGaN系绿光LED的量子阱结构具有较高的In含量, InN与GaN之间较大的晶格失配度使得绿光器件的量子限制Stark效应更显著。对内建电场的屏蔽可以有效提高载流子的辐射复合效率。论文探讨了绿光多量子阱中垒层的Si掺杂对绿光器件性能的影响。研究发现, 多量子阱中垒层适度Si掺杂(3.4×1016cm-3)可以改善多量子阱结构界面质量和In组分波动, 在外加正向电流的作用下更大程度地屏蔽极化电场; 同时, 还能够增强电流的横向扩展性, 提高活化区的有效发光面积。然而, 多量子阱中垒层的过度Si掺杂对于绿光LED器件的性能带来诸多的负面影响, 比如加剧阱垒晶格失配、漏电途径明显增加等, 致使器件光效大幅度降低。

设计了几种在较宽的通信区域色散平坦的准光子晶体光纤(PQF), 借助于全矢量有限元法, 分别研究了基于双包层结构的2种准晶格光子晶体光纤的色散特性。数值模拟结果指出: 对于PQF1, 通过合理选择结构的参数, 在光通信窗口1.45~1.65 μm的范围内准光子晶体光纤的色散数值可以控制在-2.41±0.28 ps/(km·nm)。小幅度增大孔间距, 可在1.350~1.736 μm的较宽波长范围内得到一条近零平坦色散曲线, 其色散值|D|可以控制在1 ps/(km·nm)左右, 达到-0.45~0.57 ps/(km·nm)。对于PQF2, 在1.45~1.68 μm的范围内其色散值可以控制在4.795±0.355 ps/(km·nm)。

InGaN绿光LED的量子阱结构具有较高的In含量, InN与GaN之间较大的晶格失配度使得该结构的稳定性下降。由于量子阱结构生长完成之后的p型GaN的生长温度要远高于量子阱结构生长温度, 因此, p型GaN的生长过程对多量子阱质量有重大影响。论文探讨了p型GaN的生长温度与厚度对绿光LED的材料结构及器件性能的影响。研究发现, p-GaN过高的生长温度和过大的厚度都能加剧多量子阱结构中In组分的波动, 使得发光峰宽化, 同时降低绿光量子阱的发光效率。论文据此提出了优化的p型GaN生长温度与厚度, 探讨了量子阱保护层对InGaN绿光LED性能的影响, 该结构有利于增强绿光LED发光波长的稳定性。