论文部分内容阅读
阵列波导光栅(AWG)解调系统是一种新型光纤光栅(FBG)解调系统，实现该解调系统的微型化、紧凑化成为重要的研究方向。传统的FBG解调用AWG体积较大，无法实现微系统集成，但是采用SOI晶片制备的小尺寸、低损耗、低串扰的AWG使FBG解调系统异构集成为了可能。 本文对硅纳米线马鞍型AWG的设计和制备进行了研究，首先分析了AWG的结构组成，通过对衍射级数、相邻阵列波导的长度差、平板波导的焦距、自由光谱区的参数设计与模拟，基于光束传输法的传输理论优化设计出了1×8硅纳米线AWG。该马鞍型AWG波导宽度为0.35μm，器件尺寸仅为470μm×210μm。仿真结果表明，本文所优化设计的硅纳米线AWG的串扰为-25.5dB，插入损耗为-2.15dB，插入损耗非均匀性为-0.8dB，相比于同等微米级的AWG，损耗和串扰均有所减小。基于SOITECH公司顶层Si厚度为220nm，掩埋层SiO2厚度为2μm的SOI材料，通过新加坡微电子所的代工，利用电子束曝光及反应耦合等离子工艺，完成了所设计AWG的制备。在掌握光传输耦合理论的基础上，对所制备完成的AWG进行了光学测试，实验结果表明，AWG的串扰为-23.1dB，损耗为-3.18dB，插耗非均匀性为-1.34dB，通光性良好，输出光谱与仿真输出光谱一致，适用于FBG解调系统。频谱平坦化对AWG应用具有重要意义，本文对基于多模干涉(MMI)结构的AWG频谱平坦化方法进行了研究与设计。首先总结了各种频谱平坦化结构设计，分析了已有平坦化结构的本质，为频谱平坦化设计提供了一种新思路。给出了MMI的基本原理，分析了其一般成像规律，最后设计了基于MMI的四种频谱平坦化方法，包括基于对称型MMI、锥型MMI、锥型MMI与锥型输入/输出波导组合与对称型MMI与锥型输入/输出波导组合。经分析，第三种方法对AWG频谱平坦效果最佳，得到的输出频谱插入损耗为-4.36dB，串扰为-21.9dB，3dB带宽为1.31nm，为通道间隔的65.5％。