【摘 要】
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随着信息处理量的需求不断提升,片上光互连网络的传输容量受到挑战,以光信号作为载体的多维复用技术开始崭露头角。其中,偏振分束器能够将光信号加在到正交偏振态上进行低串扰传输和分离,是偏振复用技术中的核心器件。而硅基光电子器件因兼容于CMOS工艺且在通信波段几乎无损透明因而受到广泛关注。鉴此,本文将从光子集成角度考虑,着重对片上集成型偏振分束器进行研究,其主要内容与创新之处如下所述:1、基于超表面辅助Y
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随着信息处理量的需求不断提升,片上光互连网络的传输容量受到挑战,以光信号作为载体的多维复用技术开始崭露头角。其中,偏振分束器能够将光信号加在到正交偏振态上进行低串扰传输和分离,是偏振复用技术中的核心器件。而硅基光电子器件因兼容于CMOS工艺且在通信波段几乎无损透明因而受到广泛关注。鉴此,本文将从光子集成角度考虑,着重对片上集成型偏振分束器进行研究,其主要内容与创新之处如下所述:1、基于超表面辅助Y分叉结构的中红外偏振分束器:提出一种基于超表面辅助Y分叉结构的中红外偏振分束器,通过利用时域有限差分法和粒子群算法对器件结构参数进行优化,实现TM0和TE0模式高效转换与分离。其中,TM0至TE1以及TE0至TM0的模式转换效率分别为97.4%和97.6%。在工作波长为2500 nm情况下,在输入TE0和TM0模式时,偏振分束器的插入损耗分别为0.31 d B和0.21d B,偏振消光比分别为27.61 d B和27.45 d B,串扰分别为-33.55 d B和-53.77 d B。在2450 nm至2550 nm的带宽范围内,插入损耗小于1.41 d B,偏振消光比大于19.48d B,串扰小于-33.07 d B。2、基于相变材料的动态可切换偏振分束器:提出一种基于相变材料的动态可切换偏振分束器,基于满足相位匹配和模式杂化条件,采用时域有限差分法和粒子群算法优化器件结构参数,实现TE0和TM0模式的高效分离以及动态可切换功能。该偏振分束器具有大带宽,低串扰和高偏振消光比等特点。在1535 nm至1565 nm的波长范围内,当GST材料处于非晶态时,器件的串扰小于-23.4 d B,偏振消光比大于21.35 d B;当GST材料处于晶态时,器件的串扰小于-27.37 d B,偏振消光比大于21.37 d B。3、基于耦合结构的高偏振消光比紧凑型偏振分束器:提出一种基于耦合结构的高偏振消光比紧凑型偏振分束器,基于模式匹配原理,通过采用时域有限差分法和粒子群算法对器件的结构参数进行优化,实现TM0模式的交叉耦合以及TE0模式的直通传输。器件耦合长度仅为5μm。通过采用电子束曝光、等离子体刻蚀等工艺实验验证所设计的器件。在1550 nm的工作波长下,当输入TE0和TM0模式时,所制备的器件偏振消光比分别为28.1d B和23.0 d B。
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