基于亞波長結(jié)構(gòu)的硅基垂直光柵耦合器研究.pdf

1、近年來，絕緣襯底上的硅（SOI）被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為是一種非常有潛力的，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模、高密度光電子集成電路（PICs）的新材料。然而在高度集成的PICs中，納米光波導(dǎo)與單模光纖之間的巨大模場失配給它們之間的耦合帶來了很大的困難。一種行之有效的辦法是使用表面光柵耦合器來實(shí)現(xiàn)納米光波導(dǎo)與單模光纖之間的高效耦合。本文主要研究設(shè)計(jì)、制備并測試了基于亞波長結(jié)構(gòu)的全刻蝕 SOI光柵耦合器，具體工作如下：
　　(1)建立了 TE、TM模光柵耦合器的二

2、維模型，提出了一套完整的非均勻光柵設(shè)計(jì)方案，以此來優(yōu)化光柵的衍射場分布，增大和單模光纖模場分布的重疊積分，從而提高耦合效率。特別的，我們提出了一種簡單易行、可編程化的非均勻光柵排布方法，能夠精確布置每個(gè)光柵單元的泄露因子以合成完美的高斯型衍射場，我們設(shè)計(jì)的TE模非均勻光柵的衍射場與光纖高斯模場的重疊積分高達(dá)98.3％；
　　(2)基于等效介質(zhì)理論，設(shè)計(jì)了兩種具有不同亞波長結(jié)構(gòu)的光柵耦合器：基于亞波長光柵（SWG）的光柵耦合器和基于

3、光子晶體（PhC）的光柵耦合器。利用三維FDTD模擬得到的TE模SWG光柵耦合器、TM模SWG光柵耦合器以及TE模PhC光柵耦合器的峰值耦合效率分別達(dá)到27.2%、43.3%和34.7%；
　　(3)按照硅基波導(dǎo)器件的工藝流程制作了TE、TM模SWG光柵耦合器，搭建了波導(dǎo)測試平臺對制得的光柵耦合器進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)測得的TE模SWG光柵耦合效率達(dá)到-7.6dB，1dB帶寬為45nm，TM模SWG光柵的耦合效率達(dá)到-6.1dB，1dB帶