【摘 要】
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波分复用（WDM）技术可显著提高光通信的容量和传输速率。作为重要的波分复用器件,阵列波导光栅（AWG）在光通信、数据中心等领域得到了广泛的研究和应用。为了进一步提高芯片上光互连通信容量,减小器件尺寸,本论文围绕硅基平台偏振无关以及反射型AWG器件开展研究。论文主要工作如下:分析了波分复用技术的相关背景和研究现状,对光波导的结构和理论进行了介绍。详细阐述了AWG的基本结构、工作原理、设计流程、仿真方
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波分复用（WDM）技术可显著提高光通信的容量和传输速率。作为重要的波分复用器件,阵列波导光栅（AWG）在光通信、数据中心等领域得到了广泛的研究和应用。为了进一步提高芯片上光互连通信容量,减小器件尺寸,本论文围绕硅基平台偏振无关以及反射型AWG器件开展研究。论文主要工作如下:分析了波分复用技术的相关背景和研究现状,对光波导的结构和理论进行了介绍。详细阐述了AWG的基本结构、工作原理、设计流程、仿真方法以及版图绘制,并引入了几个常用的性能评价参数,为之后的工作提供了优化方向和评价依据。提出了一种基于超薄氮化硅光波导的16通道、通道波长间隔为0.8nm的偏振无关AWG。通过引入亚波长光栅结构以及三波导耦合结构,设计了一种超薄氮化硅波导偏振分束器,其耦合区长度小于190μm。理论上,在1480～1600nm的宽谱范围内,TE0/TM0模式对应的插入损耗小于0.40d B/0.41d B,相邻通道间串扰小于-24.0d B/-15.3d B。将偏振分束器与AWG结合,实现了偏振无关的AWG。对于TE0模式,AWG插入损耗在1.1～2.1d B范围内,相邻通道间串扰小于-40d B。对于TM0模式,AWG插入损耗在2.2～3.1d B范围内,相邻通道间串扰小于-30d B,对应的偏振相关损耗约为1.1d B。基于SOI平台设计了一种8通道、通道波长间隔为0.4nm的反射型密集波分复用AWG。分别利用亚波长光栅、光子晶体结构设计出两种波导反射镜,将其连接在AWG阵列波导末端,构成反射型AWG。理论计算表明,中心波长处,反射型AWG的插入损耗约为1.5d B,相邻通道间串扰约为-40d B。对上述器件进行了制作与测试,亚波长光栅作为反射镜的AWG的插入损耗在7.6～9.3 d B范围内,相邻通道间串扰约为-8.9～-11.1d B。光子晶体作为反射镜的AWG的插入损耗在8.2～9.7d B范围内,相邻通道间串扰约为-6.4～-9.8d B。
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