設(shè)計了一種基于亞波長光柵的具有高集成度、高耦合效率的垂直光耦合器,在1.5～1.6μm波長范圍內(nèi)實現(xiàn)了大于97%的耦合效率,且器件長度僅為15μm,是傳統(tǒng)基于絕熱拉錐波導(dǎo)的垂直耦合器尺寸的十分之一,提高了系統(tǒng)的集成度。在亞波長光柵占空比、拉錐波導(dǎo)尖端尺寸以及波導(dǎo)錯位方面,所設(shè)計的耦合器均具有較大的工藝誤差容限,在異質(zhì)集成領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：光學學報. 2020,40(14)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

垂直光耦合器示意圖。

通過圖2可以得到,當?shù)刃Ь鶆虿▽?dǎo)的折射率nswg為3.12時,其傳播模式的有效折射率與LN波導(dǎo)模式的有效折射率相等,此時由 (1) 式可計算得到亞波長光柵的占空比為0.76,即最終選取的占空比不能大于0.76,這里忽略了經(jīng)驗公式中的高階無窮小量�？紤]到工藝條件,選取波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的最小線寬為100 nm,因此將亞波長光柵中硅塊的長度a設(shè)計為100 nm,并選取光柵周期T為300 nm。入射光沿著傳輸方向由硅波導(dǎo)經(jīng)組合區(qū)域(即亞波長光柵+拉錐波導(dǎo))到達亞波長光柵時,導(dǎo)模的有效折射率從2.24逐漸變化到1.55,此折射率變化范圍涵蓋了LN波導(dǎo)中導(dǎo)模的有效折射率,因此基于模式演化原理,硅波導(dǎo)中的能量可以耦合進入LN波導(dǎo)中。另一方面,布拉格光柵周期TB=λ/2nB(nB為布拉格光柵的等效折射率),可以計算得到硅波導(dǎo)中1550 nm波長處的布拉格光柵周期約為328 nm,本文所設(shè)計的光柵周期小于布拉格光柵周期,滿足亞波長條件。

接下來,對亞波長光柵的周期數(shù)目進行優(yōu)化分析。圖3所示為光柵周期數(shù)對耦合率的影響規(guī)律。由計算結(jié)果可以看出,當周期數(shù)目大于40時,隨著周期數(shù)的增加,耦合效率趨于穩(wěn)定。本文所選取的光柵周期數(shù)目為50個,此時所設(shè)計的垂直耦合器的長度為15 μm,是傳統(tǒng)絕熱拉錐波導(dǎo)尺寸的十分之一。2.2 帶寬分析

【參考文獻】：
期刊論文
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