適用于多維復(fù)用系統(tǒng)的硅基集成拉錐定向耦合器的研究.pdf

1、光通信的迅速發(fā)展在給人們的生活帶來(lái)巨大便利的同時(shí)，也對(duì)通信容量提出了更高的要求。為進(jìn)一步增大系統(tǒng)的通信容量，多維復(fù)用應(yīng)運(yùn)而生。優(yōu)化器件的性能，使其適用于多維復(fù)用系統(tǒng)變得尤為重要。另一方面，隨著硅基光子集成研究的不斷突破，低功耗、集成化也成為未來(lái)光通信的發(fā)展趨勢(shì)。因此，研究適用于多維復(fù)用系統(tǒng)的硅基集成器件具有非常重要的意義。
　　定向耦合器作為光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一，有著廣泛的應(yīng)用和研究。然而傳統(tǒng)定向耦合器的耦合比具有波長(zhǎng)和偏振

2、相關(guān)性，并且一般只支持基模。本文主要研究定向耦合器結(jié)構(gòu)在多維度分光和偏振分束旋轉(zhuǎn)（PSR）方面的應(yīng)用，采用絕緣體上硅（SOI）材料，通過(guò)引入拉錐波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，改善器件在波長(zhǎng)、偏振、模式等維度的性能。概括全文，本論文的主要工作可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
　　（1）介紹了傳統(tǒng)定向耦合器的工作原理——耦合模理論，并從耦合模理論出發(fā)，用數(shù)值計(jì)算的方法分析了拉錐定向耦合器的工作特性。簡(jiǎn)單介紹了我們?cè)O(shè)計(jì)中用到的數(shù)值仿真和優(yōu)化算法，并介紹了器件制作的工藝

3、流程和性能測(cè)試的方法，為后續(xù)器件的理論仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供了基礎(chǔ)。
　?。?）提出了三種基于拉錐波導(dǎo)的定向耦合器新結(jié)構(gòu)，分別在波長(zhǎng)、偏振以及模式維度實(shí)現(xiàn)了高性能的3dB分光。在波長(zhǎng)維度，提出了一種基于級(jí)聯(lián)拉錐波導(dǎo)的定向耦合器結(jié)構(gòu)，利用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行多參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了耦合比在100 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)波動(dòng)±0.5％；在偏振維度，設(shè)計(jì)并制作了一種基于拉錐三波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振不敏感的3dB分光器，在1520到1600 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，測(cè)得

4、的波長(zhǎng)相關(guān)的功率不均衡度小于1.1 dB，而最大的偏振相關(guān)的功率不均衡度大約為1.0 dB；最后，在模式維度，提出了一種適用于模式復(fù)用系統(tǒng)的雙模3dB分光器，TM0和TM1模在1550 nm處的耦合比均約為50:50，實(shí)驗(yàn)測(cè)得兩個(gè)模式的插入損耗均小于0.7 dB，TM0和TM1的串?dāng)_分別為-14.3 dB和-18.1 dB。
　　（3）設(shè)計(jì)并制作了一種基于反向拉錐定向耦合器結(jié)構(gòu)的 PSR。由于拉錐定向耦合器的工作特性，器件展現(xiàn)出大