【摘 要】
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随着信息科学的飞速发展,人们对信息传递的速度及电子产品的智能化有着越来越高的要求。光子集成技术在光互连、智能传感等前沿领域扮演着越来越重要的角色,尤其是硅基光子集成器件,凭借尺寸小、集成度高且其制作工艺能够与高度成熟的CMOS工艺相兼容等优点,获得工业界与学术界的双重青睐。然而,硅基纳米波导中的偏振问题一直都在阻碍着应用的进一步发展。本文基于新型硅基纳米波导,利用光波导的耦合模理论,设计并制备了两
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随着信息科学的飞速发展,人们对信息传递的速度及电子产品的智能化有着越来越高的要求。光子集成技术在光互连、智能传感等前沿领域扮演着越来越重要的角色,尤其是硅基光子集成器件,凭借尺寸小、集成度高且其制作工艺能够与高度成熟的CMOS工艺相兼容等优点,获得工业界与学术界的双重青睐。然而,硅基纳米波导中的偏振问题一直都在阻碍着应用的进一步发展。本文基于新型硅基纳米波导,利用光波导的耦合模理论,设计并制备了两种新型的偏振调控器件。本文以解决硅波导的偏振问题为目标,以光学仿真及纳米制备为手段,针对偏振调控器件的设计开展了一系列的研究工作。论文的主要研究工作如下:1.本文介绍了SOI硅基纳米波导及其对于提高光路集成度的重要性,并着重讲解了硅纳米光子集成中的偏振问题。对光场在波导中的传输原理做了详细的介绍,并分析了波导传输时的耦合模理论。此外,对几种用来计算波导截面的模场分布和光场的传输特性的实用的数值仿真方法做了讲解,并给出了软件仿真过程中边界条件是如何进行设置的。2.本文基于硫系相变材料Ge2Sb2Te5(GST)设计并仿真了一种主动偏振器。与传统的偏振器相比,主动偏振器能够工作在多种状态,其可调性依赖于硫系相变材料GST其晶态和非晶态之间光学性质的显著差异。该主动偏振器由TE通与TM通两部分组成。其中,TE通主动偏振器的消光比能够达到28 d B以上,插入损耗低至0.12 d B。对于TM通主动偏振器,其消光比可以达到25 d B,同时保持损耗小于0.8 d B。此外,实际制备得到的TE通偏振器的测试结果大体能够验证仿真结果。3.本文基于硅基亚波长光栅设计并实验制作了一种偏振分束器。器件尺寸紧凑,耦合部分仅为1.235μm×7.2μm。性能方面,器件的工作带宽极大。器件对于TE、TM两种偏振都具有低于1 d B的插入损耗,并且有大于20 d B和19 d B的高消光比。此外,与同种器件相比,该偏振分束器的制造过程简单,并且通过实验验证了该器件有较大的制作容差。本论文所提出的新颖的偏振调控器件对解决硅波导的偏振问题有积极的意义,为硅光子学的进一步发展产生促进作用。
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