用于寬帶高效率及低偏振敏感波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的硅波導(dǎo)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著基于SOI(silicon-on-insulator)結(jié)構(gòu)的硅波導(dǎo)制作工藝的發(fā)展，在同一硅片上集成各種電子和光子器件成為可能。硅材料不但適合用于研制線性集成光子器件，利用其中的非線性光學(xué)效應(yīng)，還可以實(shí)現(xiàn)下一代光通信系統(tǒng)中所必需的全光信號(hào)處理功能。本文主要研究基于SOI硅波導(dǎo)中四波混頻效應(yīng)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，針對(duì)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的幾項(xiàng)主要性能，通過(guò)硅波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效率、超寬帶以及低偏振敏感的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
　　

2、 在填充硅納晶狹縫波導(dǎo)中，我們通過(guò)優(yōu)化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高效率、超寬帶的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。通過(guò)研究TE和TM偏振模式與波導(dǎo)設(shè)計(jì)的依賴關(guān)系，我們?cè)O(shè)計(jì)了低色散差異的硅波導(dǎo)，可用于偏振不敏感的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
　　 本文首先簡(jiǎn)單介紹了非線性硅光子學(xué)以及硅基信號(hào)處理的研究現(xiàn)狀，并闡述了硅波導(dǎo)中基于四波混頻效應(yīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的基本原理。接著，我們給出了硅材料中三階非線性效應(yīng)和波導(dǎo)中四波混頻的理論模型。
　　 狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有高效率的光場(chǎng)限制能力，將大部分

3、光能限制在了低折射率的材料之中。我們通過(guò)在硅狹縫中填充具有較高非線性系數(shù)的硅納晶材料并利用狹縫中具有較高光能量密度的特性，實(shí)現(xiàn)了高效率、超寬帶的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。通過(guò)優(yōu)化硅鈉晶狹縫波導(dǎo)的色散曲線，在4mm長(zhǎng)的硅鈉晶狹縫波導(dǎo)中可以獲得400 nm的轉(zhuǎn)換帶寬，同時(shí)獲得-2.38dB的轉(zhuǎn)換效率。
　　 本文還分析了波導(dǎo)中不同偏振模式的色散曲線與波導(dǎo)幾何尺寸之間的關(guān)系，獲得了具有低色散差異的硅波導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，用于實(shí)現(xiàn)偏振不敏感的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。利用具有