本文關(guān)鍵詞：基于波導(dǎo)的抗反射結(jié)構(gòu)及其在偏振無關(guān)半導(dǎo)體光放大器中的應(yīng)用

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【摘要】：集成化是現(xiàn)代光電子器件的發(fā)展的一大趨勢(shì),而硅基平臺(tái)以其高折射率,低損耗,與成熟COMS工藝兼容等多種突出的優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有前景的集成光路解決方案。已經(jīng)有多種無源光器件成功地在硅基平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)；而像半導(dǎo)體激光器,半導(dǎo)體光放大器等有源器件也已經(jīng)通過鍵合技術(shù)集成到硅基平臺(tái)上。目前在集成光路中,一個(gè)尚待解決的重要問題是如何消除不必要的反射光,以實(shí)現(xiàn)對(duì)前端光源的保護(hù)。本文提出了一種基于光波導(dǎo)的集成抗反射結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由一個(gè)偏振分束器,兩個(gè)45°偏器和兩個(gè)90°相位延遲器構(gòu)成。任意偏振態(tài)的入射光首先被偏振分束器分為TE和TM偏光,并被導(dǎo)引至不同端口。然后這兩束正交偏振光分別通過放置在各自端口后面的旋偏器和相位延遲器組合,被轉(zhuǎn)化成圓偏光出射。出射圓偏光被理想鏡面反射后,其偏振態(tài)的旋向會(huì)發(fā)生變化,即從左旋圓偏光變?yōu)橛倚龍A偏光,反之亦然。當(dāng)反射光反向通過旋偏器和相位延遲器組合后,又被轉(zhuǎn)化為線偏光,而且其偏振角度相對(duì)入射光旋轉(zhuǎn)了90°(從TE模式轉(zhuǎn)為TM模式,從TM模式轉(zhuǎn)換成TE模式)。這樣,反射光在通過偏振分束器之后,被導(dǎo)引到與入射端口不同的獨(dú)立端口中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)前端光器件的保護(hù)。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度為10.4μm,在中心波長(zhǎng)1.55μm處有44.2dB的隔離度,而在1.5μm-1.6μm的帶寬范圍內(nèi)也有超過20dB的隔離度。本文提出的集成抗反射結(jié)構(gòu)的另一個(gè)特點(diǎn)是反射光被收集到一個(gè)獨(dú)立端口中,而且偏振態(tài)相比入射光有90。的旋轉(zhuǎn)。通過有意識(shí)的利用該特點(diǎn),本文進(jìn)一步討論了其用于構(gòu)建偏振相關(guān)回路以抵消其他光電器件的偏振相關(guān)性的可能。并提出了一種混合集成偏振無關(guān)半導(dǎo)體光放大器。數(shù)值仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)可以有效的地降低光放大器的偏振相關(guān)增益,在1.52μm-1.58,um的帶寬范圍內(nèi)都可以得到低于0.5dB的偏振相關(guān)增益。本文采用一維行波模型對(duì)半導(dǎo)體光放大器的增益特性進(jìn)行數(shù)值仿真。介紹了仿真寬頻帶半導(dǎo)體光電器件的直接卷積行波模型和波長(zhǎng)劃分行波模型。并提出了一種基于數(shù)字濾波器的算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)直接卷積模型中描述材料增益色散特性的卷積項(xiàng)的高效求解。計(jì)算結(jié)果表明,直接卷積行波模型在窄帶行波模型可以處理的問題上,得到的結(jié)果與窄帶行波模型給出的結(jié)果吻合,同時(shí)可以處理窄帶行波模型不適用的寬帶光電器件。在計(jì)算開銷上,基于數(shù)字濾波器的算法使得直接卷積行波模型僅為窄帶行波模型開銷的兩倍左右。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN722

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