基于亚波长光栅的高集成度垂直光耦合器

发布时间：2021-04-06 14:50

　　设计了一种基于亚波长光栅的具有高集成度、高耦合效率的垂直光耦合器,在1.5～1.6μm波长范围内实现了大于97%的耦合效率,且器件长度仅为15μm,是传统基于绝热拉锥波导的垂直耦合器尺寸的十分之一,提高了系统的集成度。在亚波长光栅占空比、拉锥波导尖端尺寸以及波导错位方面,所设计的耦合器均具有较大的工艺误差容限,在异质集成领域展现出了良好的应用前景。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(14)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

垂直光耦合器示意图。

通过图2可以得到,当等效均匀波导的折射率nswg为3.12时,其传播模式的有效折射率与LN波导模式的有效折射率相等,此时由 (1) 式可计算得到亚波长光栅的占空比为0.76,即最终选取的占空比不能大于0.76,这里忽略了经验公式中的高阶无穷小量。考虑到工艺条件,选取波导结构的最小线宽为100 nm,因此将亚波长光栅中硅块的长度a设计为100 nm,并选取光栅周期T为300 nm。入射光沿着传输方向由硅波导经组合区域(即亚波长光栅+拉锥波导)到达亚波长光栅时,导模的有效折射率从2.24逐渐变化到1.55,此折射率变化范围涵盖了LN波导中导模的有效折射率,因此基于模式演化原理,硅波导中的能量可以耦合进入LN波导中。另一方面,布拉格光栅周期TB=λ/2nB(nB为布拉格光栅的等效折射率),可以计算得到硅波导中1550 nm波长处的布拉格光栅周期约为328 nm,本文所设计的光栅周期小于布拉格光栅周期,满足亚波长条件。

接下来,对亚波长光栅的周期数目进行优化分析。图3所示为光栅周期数对耦合率的影响规律。由计算结果可以看出,当周期数目大于40时,随着周期数的增加,耦合效率趋于稳定。本文所选取的光栅周期数目为50个,此时所设计的垂直耦合器的长度为15 μm,是传统绝热拉锥波导尺寸的十分之一。2.2 带宽分析

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3121633