【摘 要】
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随着时代的发展,人们对数据传输速率及容量的要求越来越高,集成光学的出现解决了传统电互联中信息容量小、电磁串扰大和性能不稳定等问题。其中硅基纳米介质波导由于高折射率差、高集成度、与CMOS工艺兼容以及成本低等优势,受到科学家的重视。但是高折射率差也带来了负面影响,即波导中的偏振问题。本文主要针对偏振问题展开的,首先是硅基片上偏振的应用,设计了一种基于偏振复用器的高性能传感器,然后提出了一种偏振可调的
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随着时代的发展,人们对数据传输速率及容量的要求越来越高,集成光学的出现解决了传统电互联中信息容量小、电磁串扰大和性能不稳定等问题。其中硅基纳米介质波导由于高折射率差、高集成度、与CMOS工艺兼容以及成本低等优势,受到科学家的重视。但是高折射率差也带来了负面影响,即波导中的偏振问题。本文主要针对偏振问题展开的,首先是硅基片上偏振的应用,设计了一种基于偏振复用器的高性能传感器,然后提出了一种偏振可调的分束器解决硅基片上的偏振问题。这些工作为解决硅基光波导中的偏振问题提供了新的思路,有助于开辟硅基纳米集成光子器件设计和发展的新途径。本文的主要工作如下:（1）介绍了硅基介质波导的基本理论,并阐述了三种常见的数值计算方法,有限元法、有限差分法和时域有限差分法。接着对硅基光波导的制作流程和测试进行了简单说明,为后续设计和加工硅基光子器件提供了一定的理论依据和指导作用。研究了硅基混合表面等离子体波导的基本理论,并提出了一种金属三角肋和增益介质三角肋完全对称并带有圆柱形空气缝隙的新型混合等离子体波导结构,仿真分析该波导结构的性能,该混合表面等离子体波导结构具有很强的光场限制能力和较低的传输损耗。（2）基于偏振复用技术,利用偏振分束器设计了一种具有大感应范围和高分辨率的高性能传感器。利用硅基光波导中的偏振敏感特性,将TE偏振模式和TM偏振模式分开处理,使其分别工作在两种不同类型的谐振器下,工作在法布里-珀罗谐振器中的TE偏振模式负责实现传感器较大的感应范围,工作在微环谐振器中的TM偏振模式负责实现传感器较高的分辨率。实验测试表明该传感器的温度感应范围和分辨率分别为111℃和0.06℃;该传感器的折射率感应范围和分辨率分别是0.58RIU和0.002RIU。（3）基于对称型定向耦合器,设计了一种偏振可调的偏振分束器,首次将偏振可调功能引入偏振分束器中。该偏振分束器主要由耦合直波导和输入输出端的弯曲波导两部分组成,结构简单利于加工制作。设计耦合波导的长度使其满足TE偏振和TM偏振分束的条件,并通过加热方式使输出端偏振模式交换,实现了偏振可调功能。该偏振分束器具有较高的消光比和较低的插入损耗,除了应用于偏振复用系统中,还可广泛应用于光路由光交换技术中。
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