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文檔簡介
1、光柵作為一種重要的光學元件,在漫長的歷史長河中被不斷的探索。二十世紀五十年光柵技術開始蓬勃發(fā)展,至今工藝已經十分成熟。隨著信息技術的不斷發(fā)展,硅基光子學研究的不斷深入,硅基光柵耦合器以其工藝簡單,易對準,對準容差大,無需劃片,便于集成的優(yōu)勢得到了廣泛的關注。
本文根據平面波導的導模原理,在分析光柵耦合的位矢條件和光在波導中的偏振特性的基礎上,利用等效介質模法和有限時域差(FDTD)分計算方法,對偏振無關光柵耦合器,紫外光柵耦合
2、器,以及基于silicon-on-sapphire材料的波長為2.7μm的光柵耦合器進行了研究。
本文的理論工作如下:
(1)設計了一種偏振無關光柵耦合器。傳統(tǒng)偏振無關光柵耦合器討論的都是TE波和TM波的基模,通過設計復雜的結構來實現偏振無關的設計。本文中,則討論TE波的基模TE0和TM波的一階模TM1,設計出了結構更簡單的偏振無關光柵耦合器,并且取得的效果更好。這種偏振無關耦合器可以實現TE波和TM波的同時耦合。當
3、λ為1.56μm時,TE波和TM波的耦合效率相等,并且超過60%。TE波和TM的耦合能量最高分別是72%和75.15%,1dB帶寬分別為30nm和40nm,耦合能量峰值所對應的波長之間的差異大約有35nm。
(2)設計了一種偏振無關的光柵分束器。這種光柵分束器是基于布拉格衍射條件和位相匹配方程設計的。有限時域差分法(FDTD)方法模擬結果顯示,當光通過光柵分束器后,向兩不同方向的波導中分束,兩方向所分的能量幾乎相等。TE波耦合
4、進右邊波導和左邊波導中的耦合效率分別是42.54%和43.68%。TM波為46.03%和44.07%。該光柵分束器采用周期性結構設計,最小線寬為360nm,工藝上可以實現,也是現在所有同類型設計中最簡單的結構。
(3)設計了一種紫外波段的光柵耦合器,可以使波長為300nm的紫外光,通過光柵耦合進SiO2波導中,耦合效率超過60%;在波長為296nm時,耦合效率可達88.5%。經理論分析和數值模擬,最終得到光柵周期為0.28μm
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