硅基光柵耦合器和波導(dǎo)分束器的研究.pdf

1、硅基光子學(xué)是當(dāng)前光子學(xué)領(lǐng)域的熱門研究熱點之一。其研究內(nèi)容是在硅材料上實現(xiàn)各種光子功能器件的制備和集成。平面光柵耦合器具有高耦合效率，體積小，易于制備和封裝的特點，主要應(yīng)用于光纖與波導(dǎo)之間的耦合。硅基波導(dǎo)偏振分束器可以控制偏振光的輸出，是納米器件集成的重要組成部分。
　　本文根據(jù)平板波導(dǎo)的導(dǎo)模原理，在分析光柵耦合的布拉格條件，金屬與介質(zhì)之間的表面等離子體特性的基礎(chǔ)上，采用嚴(yán)格耦合波解析方法和有限時域差分計算方法，研究和設(shè)計了硅基光柵

2、耦合器和波導(dǎo)分束器，解決光纖與波導(dǎo)之間的高效耦合問題，滿足硅基納米器件集成的偏振光控制需求。
　　本文主要取得了以下主要創(chuàng)新成果：
　　(1)設(shè)計了一種與偏振無關(guān)的階梯型光柵耦合器，可以同時對TE模和TM模進(jìn)行耦合，解決了以往耦合器都是單偏的問題，且具有無偏振和尺寸小(光柵長度僅為3μm)的特點。光柵周期為0.99μm時，TE模和TM模耦合效率都大于40％的波長范圍為1533nm~1580nm。當(dāng)波長為1565nm時，TE模

3、和TM模入射光的耦合效率分別為49.9%和49.5%，耦合效率差僅為0.4%。
　　(2)通過增加反射光柵和折射率匹配層設(shè)計制作了一種高效率的全刻蝕垂直光柵耦合器，應(yīng)用于波導(dǎo)與光纖之間的耦合。計算模擬結(jié)果顯示，在波長為1550nm時，其TE模耦合效率可以達(dá)到87.6%，極大的提高了全刻蝕光柵耦合器的效率。
　　(3)通過在定向耦合器平行波導(dǎo)中加入銀，利用表面等離子激元對偏振態(tài)的選擇性，設(shè)計了一種基于定向耦合器和表面等離子體激