硅基集成光柵耦合器及其偏振無(wú)關(guān)特性研究.pdf

1、光柵的研究與應(yīng)用有著悠久的歷史。隨著現(xiàn)代集成光學(xué)的發(fā)展，特別是硅基光電子學(xué)的發(fā)展，新型的微納米級(jí)光柵器件由于其結(jié)構(gòu)緊湊、功能多樣、制作方便，在現(xiàn)代集成光學(xué)中占據(jù)了一個(gè)重要的位置。作為集成光學(xué)中的耦合器件，光柵耦合器具有耦合效率高、耦合對(duì)準(zhǔn)容差大、制備封裝成本低、無(wú)需芯片端面拋光、可以在芯片任何位置實(shí)現(xiàn)信號(hào)上載下載等優(yōu)點(diǎn)，成為集成光學(xué)中最具潛力的耦合方法。
　　 集成光學(xué)的微納米線條尺寸使得其很多光學(xué)器件存在偏振敏感性，降低了集成

2、光學(xué)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。對(duì)于偏振不敏感的集成光學(xué)器件的研究已經(jīng)受到人們的關(guān)注并初有成效，然而硅基集成光柵耦合器的偏振無(wú)關(guān)特性的實(shí)現(xiàn)卻仍是一個(gè)難題。
　　 本文在“國(guó)家自然科學(xué)基金”的支持下，對(duì)硅基集成光柵耦合器進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)偏振無(wú)關(guān)的硅基集成光柵耦合器進(jìn)行了研究與創(chuàng)新。主要工作如下：
　　 （1）介紹了光柵耦合器的理論與制作、測(cè)試方法。對(duì)完全垂直輸入光柵耦合器與輸出光柵耦合器進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，對(duì)光柵耦合器進(jìn)行了

3、工藝制備與性能測(cè)試，并采用熱氧化方法將硅基光柵器件刻蝕后的表面粗糙度由11 nm 減小到了5nm。介紹了光柵耦合器在硅基混合集成中的應(yīng)用，并進(jìn)行了一些工藝制作。
　　 （2）提出了一種偏振無(wú)關(guān)的新型T 型光柵耦合器，在1510 nm-1580 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，器件的偏振相關(guān)損耗低于0.05dB，TE和TM模式的耦合效率高于50％，實(shí)現(xiàn)了高效率、偏振無(wú)關(guān)的耦合功能。
　　 （3）設(shè)計(jì)了采用光柵進(jìn)行耦合的偏振無(wú)關(guān)的硅基混合

4、集成光探測(cè)器，將T 型偏振無(wú)關(guān)光柵耦合器應(yīng)用在硅基混合集成光探測(cè)器的耦合中，在1490 nm-1560 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，器件的偏振相關(guān)損耗低于0.05dB，耦合進(jìn)入有源層的效率高于80％，實(shí)現(xiàn)了硅基混合集成光探測(cè)器的偏振無(wú)關(guān)特性。
　　 （4）對(duì)偏振無(wú)關(guān)的另一種實(shí)現(xiàn)方式——偏振分束進(jìn)行了介紹，提出了一種基于slot 刻槽光柵的偏振分束器，其在1530 nm-1630 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，器件的偏振消光比大于15dB，實(shí)現(xiàn)了偏振分