【摘要】：光功率分配器是對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分配和合成的最基本的器件之一,也是構(gòu)成其他復(fù)雜光學(xué)器件的重要組成部分,如光開關(guān)、波分復(fù)用器等。近年來(lái),硅基光集成器件由于其超小的尺寸,超低的損耗及與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容等優(yōu)勢(shì),在光互連、光通信領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重大的作用。因此基于硅波導(dǎo)的光功分器的研究得到了越來(lái)越多的關(guān)注。目前基于硅基集成平臺(tái),光功分器主要有三種實(shí)現(xiàn)方案:Y形分支、定向耦合器、多模干涉耦合器。但是同時(shí)這些方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)Y形分支功分器,通常不易實(shí)現(xiàn)2×2的功能,而2×2功能在很多光開關(guān)里是必須的,另外在實(shí)際制作過(guò)程中,由于工藝水平的限制,兩輸出波導(dǎo)之間的分支角不可能做成完全的尖角,從而引起較大的模式失配損耗。而對(duì)于傳統(tǒng)的基于定向耦合器和多模干涉耦合器的光功分器,往往是對(duì)偏振和波長(zhǎng)的敏感。本文的主要工作是解決傳統(tǒng)基于定向耦合器的功分器對(duì)偏振敏感的問(wèn)題,提出一種新穎級(jí)聯(lián)的彎曲方向耦合器結(jié)構(gòu)。首先,本文介紹了幾種常見(jiàn)的光波導(dǎo)材料及其應(yīng)用。為了描述光波導(dǎo)中的模場(chǎng)分布,我們采用了波動(dòng)理論推導(dǎo)了平板波導(dǎo)的特征方程。另外,我們還介紹了在實(shí)際光波導(dǎo)設(shè)計(jì)中應(yīng)用更加普遍的光束傳輸法和時(shí)域有限差分法。然后,提出了 一種基于級(jí)聯(lián)彎曲定向耦合器的大帶寬且偏振不敏感型2 × 23dB光功分器結(jié)構(gòu)。其中設(shè)計(jì)第一個(gè)定向耦合器的參數(shù)使其能將TE偏振光分配為50%:50%,設(shè)計(jì)第二個(gè)彎曲定向耦合器參數(shù)使其對(duì)TE偏振光是弱耦合,因此整個(gè)器件對(duì)TE偏振光仍能保持3 dB分光比。由于TM偏振的光耦合強(qiáng)度比TE大,第二個(gè)定向耦合器仍能對(duì)TM光進(jìn)行分配,通過(guò)優(yōu)化參數(shù),使得整個(gè)器件對(duì)TM偏振也能實(shí)現(xiàn)3 dB分束,因此該器件能對(duì)兩偏振態(tài)都工作,且工作帶寬為1520到1630nm,附加損耗小于1 dB,器件整體尺寸小于50μm。接下來(lái),我們?cè)敿?xì)介紹了硅基光功分器的制備工藝流程,主要包括曝光、顯影、刻蝕等。我們對(duì)該器件進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果與仿真良好吻合,且有著良好的工藝容差。最后,我們搭建了一個(gè)硅波導(dǎo)與光纖陣列垂直耦合封裝平臺(tái),能夠?qū)崿F(xiàn)硅波導(dǎo)與光纖陣列的高效耦合封裝。我們?cè)敿?xì)介紹了光纖陣列與光柵耦合器對(duì)準(zhǔn)方法及封裝流程,并成功實(shí)現(xiàn)了硅波導(dǎo)與單模光纖的耦合封裝。
【圖文】：

轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。由于硅材料在通信波段（１．３－１．６／＾ｍ）是透明的，，因此若要逡逑實(shí)現(xiàn)硅基探測(cè)器則需要結(jié)合其他材料。目前主要的研究有鍺硅探測(cè)器［１３，１４］、石墨逡逑烯探測(cè)器［１５］、雪崩光電探測(cè)器［１６］等等。圖１．２為各種硅基有源器件的結(jié)構(gòu)圖，其逡逑中（ａ）為硅基混合激光器，（ｂ）為硅基微環(huán)調(diào)制器，（ｃ）為鍺硅探測(cè)器。逡逑２逡逑

邐■逡逑ｉｌｌ邋０ｆ逡逑（ｂ）邐－Ｖ：邋３Ｖ逡逑圖１．２邋（ａ）硅基混合激光器［９］；邋（ｂ）硅基微環(huán)調(diào)制器［１１］；邋（ｃ）鍺硅探測(cè)器［１３］逡逑（ａ）邐；邐２邋ｐｍ邋；逡逑ｉ邋．，＇＾＾．．￣ｉ邋Ｏｘｉｄｅ逡逑－邐Ｓ邋丨：，，逡逑Ｏｘｉｄｅ逡逑（ｂ）邐（0）逡逑：５００邋ｎｒｎ邋：邐６？ｎｍ逡逑＿邐ａｉ逡逑Ｏｘｉｄｅ邐Ｏｘｉｄｅ逡逑圖１．３無(wú)源硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)Ｗ：邋（ａ）脊形波導(dǎo)；（ｂ）硅納米線波導(dǎo)；（ｃ）槽式波導(dǎo)逡逑在硅基無(wú)源器件中，硅納米線波導(dǎo)是應(yīng)用最多的無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通常波導(dǎo)寬逡逑度只有幾百個(gè)納米，彎曲半徑可達(dá)到幾個(gè)微米，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高密度集成。例如逡逑片上的波導(dǎo)型光延時(shí)線［１７］能夠?qū)崿F(xiàn)＞５００邋的時(shí)延，且尺寸小于０．０９邋ｍｍ２。然逡逑而其缺點(diǎn)是，硅納米線波導(dǎo)的側(cè)壁的粗糙程度對(duì)其傳輸損耗有著較大的影響，目逡逑前工藝水平制備的硅波導(dǎo)的傳輸損耗約為２邋ｄＢ／ｃｗ。另一種無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是大面逡逑積脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。相比于硅納米線波導(dǎo)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN256

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本文編號(hào)：2623037