基于二維衍射理論與空間濾波原理的新型硅基無(wú)源光器件的研究.pdf

1、集成化是目前光波導(dǎo)器件發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)，而硅基平臺(tái)由于其具有高折射率差、尺寸小、集成度高以及與成熟的COMS工藝相兼容等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是最有前景的集成光子回路解決方案。目前已經(jīng)有大量的無(wú)源光器件成功地在硅基平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，尤其是應(yīng)用最廣泛的光波分復(fù)用器與光功率分束器。
　　本文分別提出了一種新型的平面光波導(dǎo)超多路光功率分束器以及一種新型的具有波分解復(fù)用和光功率合束雙功能的混合器件。這兩個(gè)器件的設(shè)計(jì)方案均是基于衍射光學(xué)中的波前

2、干涉理論以及空間濾波原理。
　　新型的基于平面光波導(dǎo)的超多路光功率分束器主要采用衍射光學(xué)中的波前干涉理論以及空間濾波原理，將相位光柵的直流空間頻率分量和各個(gè)交流空間頻率分量在空間頻譜面進(jìn)行空間分離，并在空間頻譜面對(duì)直流分量引入特定相移后，在輸出平面將各階空間頻率分量再次疊加，使得每個(gè)周期內(nèi)部分區(qū)域的輸出場(chǎng)分布得到增強(qiáng)，其余區(qū)域的輸出場(chǎng)分布得到抵消，從而實(shí)現(xiàn)超多路分束的效果。其設(shè)計(jì)方案新穎，不同于傳統(tǒng)的光功率分束器，并且可以實(shí)現(xiàn)超多

3、（如128路、256路、512路）的光功率分束以及分路數(shù)理論上可擴(kuò)充性的優(yōu)點(diǎn)。我們以基于SOI平臺(tái)的256路的輸出通道為例進(jìn)行了具體的器件設(shè)計(jì)和計(jì)算模擬，其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)整體尺寸約為1.2mm?5mm。經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)于工作波長(zhǎng)0?=1550nm，我們得到的器件插入損耗為1.1dB，輸出通道非均勻性為1.7dB。
　　新型的用于時(shí)分-波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的具有波分解復(fù)用和光功率合束的雙功能混合器件，其主要功能為：對(duì)于下行光信號(hào)傳輸，

4、器件作為一個(gè)1×N的波分解復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)分波的功能；對(duì)于上行光信號(hào)傳輸，器件主要作為一個(gè)N×1的光功率合束器。其設(shè)計(jì)方案新穎，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是基于陣列波導(dǎo)光柵，并在其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做了相應(yīng)改變，從而實(shí)現(xiàn)了波分解復(fù)用和功率合束的雙功能。我們以基于SOI平臺(tái)的32路的輸出通道為例進(jìn)行了具體的器件設(shè)計(jì)和計(jì)算模擬，其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)整體尺寸約為900×25002?m。經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)于下行波分解復(fù)用，其插入損耗和相鄰?fù)ǖ来當(dāng)_分別為4.6dB和-16.3d