基于亚波长结构的数字硅光波导器件研究

发布时间：2025-05-14 23:02

　　本文首先回顾硅基光子学的发展现状,介绍了无源器件和有源器件的发展。一直以来,波导集成度因串扰影响而难以进一步提升,这种影响主要包括两方面:一方面,波导间串扰随波导之间间距减小而急剧增加;另一方面是弯曲波导中的串扰,由于弯曲结构会造成光泄露,并且多种模式并存也会造成模间串扰,使得光传输效率降低。研究表明,亚波长结构的引入有助于硅基光子学进一步发展,只需较少亚波长结构层就可实现对波导双折射的控制。近年来,亚波长结构已在分束和偏振管理器件中得到广泛应用。本论文通过引入亚波长结构的方式来增加器件优化自由度,结合数值计算方法(FDTD)及仿真优化算法(遗传算法,粒子群优化等),分别对串扰抑制和多模复用进行研究。硅波导是硅基光子学中的基础元件,而波导间串扰是影响波导集成度的关键问题之一。目前,已经有多种方法被用于抑制串扰,包括等离子体结构、光子晶体波导及缝隙波导等,它们多以耦合长度作为评价标准。本工作主要是在相邻波导之间引入非均匀亚波长结构,以此来实现提升耦合长度的目的。亚波长结构的数量及相对位置可以对串扰抑制效果产生不同影响。采用计算优化方式,结合粒子群算法和电磁仿真软件MODE solution...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2 基于亚波长结构的分束器

偏振控制在硅基光子学变得越来越重要,典型的器件包括偏振分束器（PolarizationBeamSplitter,PBS）、偏振转换器（PolarizationRotator,PR）、偏振定向耦合器等。传统的偏振调控器件在设计方面具有很大的挑战性,能用于调整的参数相当有限,并....

图1.3 基于亚波长结构的偏振管理器件

图1.2基于亚波长结构的分束器1.2.3亚波长技术在抑制串扰方面的发展

图2.1 不同的矩形波导结构 [82]

在后续研究中,本文主要以线波导为主。为了支持TE基模传输,需要设置合适的条形波导宽度。如图2.2所示,波导宽度在400-500nm变化,高度为220nm时,可以支持TE基模的传输。图2.2不同模式下,有效折射率与波导宽度的关系[53]

图2. 2 不同模式下,有效折射率与波导宽度的关系 [53]

图2.1不同的矩形波导结构[82]自从麦克斯韦在19世纪建立电磁场方程组,统一电磁场理论之后,麦克斯韦方程组已经在多个领域得到应用,包括光通信、光传感、移动通信、无线通信、无线电技术等,有着举足轻重的作用。同样的对于光波导中的光场分析也需要用到麦克斯韦方程组。在硅基光子学中,....

本文编号：4045868