【摘 要】
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随着信息与通信产业的发展,光纤通信系统得到了广泛的使用,日益增长的信号处理速率和通信容量的需求使光路集成度越来越高。近年来,绝缘体上硅（SOI）平台由于其与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的良好兼容性,在光子集成领域得到了较高的关注,但由于其波导和包层之间高折射率差的存在,会引入显著的偏振相关损耗和偏振模色散,限制了硅基光电子器件的应用。偏振分集系统被提出以解决这一问题,偏振控制器件作为该系统
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随着信息与通信产业的发展,光纤通信系统得到了广泛的使用,日益增长的信号处理速率和通信容量的需求使光路集成度越来越高。近年来,绝缘体上硅（SOI）平台由于其与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的良好兼容性,在光子集成领域得到了较高的关注,但由于其波导和包层之间高折射率差的存在,会引入显著的偏振相关损耗和偏振模色散,限制了硅基光电子器件的应用。偏振分集系统被提出以解决这一问题,偏振控制器件作为该系统的核心,具有重要的研究意义。本文提出了三种基于厚硅基波导的偏振控制器件,分别是基于三波导非对称定向耦合器（ADC）的偏振分束器（PBS）,通过合理设计波导宽度使TM0模式在TM1模式的帮助下满足相位匹配条件、发生交叉耦合,TE0模式相位失配而不发生交叉耦合,实现了将任意入射光中的TE和TM模式分离并从不同通道输出的功能;基于切角波导的偏振旋转器（PR）,通过不对称的截面设计,利用模式混合原理实现偏振旋转,用亚波长光栅（SWG）替换切角波导的角区,实现了在宽带上将入射的TM模式光旋转为TE模式输出的功能;偏振分束-旋转-合波集成器件,将上述的两种器件与合波器和滤模组件级联,实现了将任意入射光转换为TE模式并从单一通道输出的功能,仿真结果表明,所设计的集成器件在1550nm的中心波长处,偏振消光比为45d B,插入损耗为0.53d B,在1500nm-1575nm的波长范围内有偏振消光比大于30d B,插入损耗小于1d B,器件尺寸为56μm。所设计的偏振分束-旋转-合波集成器件性能良好,结构紧凑,可应用于高速大容量光通信系统,对提高光通信系统的性能与集成度具有重要应用价值。
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