硅納米線集成光波導(dǎo)耦合器的設(shè)計.pdf

1、作為一種新型的光纖光柵解調(diào)方法，陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)方法具有解調(diào)精度高、速度快等優(yōu)點。在陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)系統(tǒng)中，光耦合器能使傳輸中的光信號在特殊結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生耦合并且進行能量再分配。正是由于光耦合器的這種特性，在陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)系統(tǒng)中，光耦合器具有不可替代的重要地位。本文對硅納米線集成光波導(dǎo)耦合器的設(shè)計和制備進行了研究，基于光束傳播法優(yōu)化設(shè)計出了三種工作在中心波長為1550nm的2×2硅納米線集成光波導(dǎo)耦合器，分別為:X型耦合器、CGC耦合器、

2、2×2多模干涉耦合器。優(yōu)化設(shè)計后的X型耦合器尺寸為10μm×300μm，仿真結(jié)果表明其附加損耗僅為0.73dB，不均勻性僅為0.2050dB;CGC耦合器尺寸為10μm×300μm，仿真結(jié)果表明其附加損耗僅為0.6dB，不均勻性僅為0.0363dB;2×2多模干涉耦合器尺寸僅為6μm×100μm，仿真結(jié)果表明其附加損耗僅為0.46dB，在TE偏振態(tài)下不均勻性僅為0.06dB，在1.49-1.59μm波長范圍內(nèi)耦合器的附加損耗不大于1.5

3、5dB。相比于同等微米級的耦合器，本文所設(shè)計的耦合器附加損耗和不均勻性有所減小。采用SOITECH公司項層Si厚度為220nm、掩埋層SiO2厚度為2μm的SOI材料，通過新加坡微電子所代工，利用電子束曝光和反應(yīng)耦合等離子工藝，完成了硅納米線集成光波導(dǎo)耦合器的制備。對制備完成的硅納米線集成光波導(dǎo)耦合器進行了光學(xué)測試，采用光波導(dǎo)對準(zhǔn)平臺，使用錐形光纖將光源引入光波導(dǎo)，觀察光經(jīng)過耦合器傳輸后的光功率及輸出頻譜的變化。測試結(jié)果表明，X型耦合器

4、附加損耗為1.0817dB，不均勻性為3.0850dB;CGC耦合器附加損耗僅為0.6737dB，不均勻性僅為0.1355dB;2×2多模干涉耦合器附加損耗僅為0.5423dB，不均勻性僅為0.0053dB，多模干涉耦合器在1500-1600nm范圍內(nèi)波長響應(yīng)良好。本文所設(shè)計的2×2多模干涉耦合器具有尺寸小、附加損耗低、不均勻性低、波長響應(yīng)范圍較寬、偏振特性良好的優(yōu)點，適用于陣列波導(dǎo)光柵解調(diào)集成微系統(tǒng)。
　　本文的研究成果有利于光