硅基偏振控制器件的设计与研究

发布时间：2024-05-12 03:12

　　近年来,绝缘体上硅(SOI)材料在光子集成领域得到了较高的关注,但其波导层和包层间的高折射率差会引入显著的偏振相关性问题,极大的限制了Si基光子器件应用范围。作为解决方案之一,偏振分集系统又成为人们研究的热点。偏振控制器件作为该系统中的核心器件,具有重要的研究意义。因此本文围绕Si基偏振控制器做了如下工作:(1)依据模式耦合原理,设计了基于非对称定向耦合器(ADC)型偏振分束器(PBS)。首先,通过调整波导的宽度和高度,使其满足相位匹配条件,达到偏振分束的目的。其次,通过增加Si₃N₄材料覆盖层以及引入弧形波导,优化器件性能,仿真结果表明:在1550nm波长处,TM₀和TE₀偏振模的偏振消光比(PER)显著增大,均大于29.8dB;损耗(Loss)进一步缩小,均小于0.33dB;器件总长度约为6μm。(2)依据模式混合原理,设计了基于表面等离子体(SPPs)波导的偏振旋转器(PR)。通过引入Ag金属条形成非对称截面,其所激发出的两个混合模式相互干涉,在传输一定距离后实现偏振旋转。仿真结果表明:在15...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 国内外对偏振控制器件的研究现状
        1.2.1 偏振分束器的研究现状
        1.2.2 偏振旋转器的研究现状
        1.2.3 偏振分束-旋转器的研究现状
    1.3 SOI材料的选择
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 理论及数值研究方法
    2.1 光波导中的模式耦合理论
    2.2 表面等离子体激元的基本概念
        2.2.1 金属-介质截面处的表面等离子体激元
        2.2.2 SPPs的激发方式
    2.3 时域有限差分法(FDTD)
    2.4 本章小结
第三章 基于非对称定向耦合器的偏振分束器的研究
    3.1 ADC型 PBS的设计
        3.1.1 原理与结构设计
        3.1.2 性能与仿真分析
    3.2 ADC型 PBS的优化设计
        3.2.1 材料选择与结构优化
        3.2.2 性能与仿真分析
    3.3 本章小结
第四章 基于表面等离子体波导的偏振旋转器的研究
    4.1 原理与结构设计
    4.2 性能与仿真分析
    4.3 本章小结
第五章 基于混合等离子体波导的偏振分束-旋转器的研究
    5.1 原理与结构设计
    5.2 性能与仿真分析
    5.3 本章小结
第六章 应用与总结
    6.1 硅基偏振控制器件的应用
        6.1.1 偏振控制器件在偏振分集系统中的应用
        6.1.2 偏振控制器件在偏振-模分联合复用系统中的应用
    6.2 总结
    6.3 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢



本文编号：3970775