基于波导的抗反射结构及其在偏振无关半导体光放大器中的应用

发布时间：2017-12-16 16:15

  本文关键词：基于波导的抗反射结构及其在偏振无关半导体光放大器中的应用

  更多相关文章： 硅基光子学 波导 反射 偏振 半导体光放大器 数值仿真 数字滤波器

【摘要】：集成化是现代光电子器件的发展的一大趋势,而硅基平台以其高折射率,低损耗,与成熟COMS工艺兼容等多种突出的优点被认为是最有前景的集成光路解决方案。已经有多种无源光器件成功地在硅基平台上实现；而像半导体激光器,半导体光放大器等有源器件也已经通过键合技术集成到硅基平台上。目前在集成光路中,一个尚待解决的重要问题是如何消除不必要的反射光,以实现对前端光源的保护。本文提出了一种基于光波导的集成抗反射结构。该结构由一个偏振分束器,两个45°偏器和两个90°相位延迟器构成。任意偏振态的入射光首先被偏振分束器分为TE和TM偏光,并被导引至不同端口。然后这两束正交偏振光分别通过放置在各自端口后面的旋偏器和相位延迟器组合,被转化成圆偏光出射。出射圆偏光被理想镜面反射后,其偏振态的旋向会发生变化,即从左旋圆偏光变为右旋圆偏光,反之亦然。当反射光反向通过旋偏器和相位延迟器组合后,又被转化为线偏光,而且其偏振角度相对入射光旋转了90°(从TE模式转为TM模式,从TM模式转换成TE模式)。这样,反射光在通过偏振分束器之后,被导引到与入射端口不同的独立端口中,从而实现对前端光器件的保护。数值计算结果表明,该结构的总长度为10.4μm,在中心波长1.55μm处有44.2dB的隔离度,而在1.5μm-1.6μm的带宽范围内也有超过20dB的隔离度。本文提出的集成抗反射结构的另一个特点是反射光被收集到一个独立端口中,而且偏振态相比入射光有90。的旋转。通过有意识的利用该特点,本文进一步讨论了其用于构建偏振相关回路以抵消其他光电器件的偏振相关性的可能。并提出了一种混合集成偏振无关半导体光放大器。数值仿真结果表明该设计可以有效的地降低光放大器的偏振相关增益,在1.52μm-1.58,um的带宽范围内都可以得到低于0.5dB的偏振相关增益。本文采用一维行波模型对半导体光放大器的增益特性进行数值仿真。介绍了仿真宽频带半导体光电器件的直接卷积行波模型和波长划分行波模型。并提出了一种基于数字滤波器的算法,实现了对直接卷积模型中描述材料增益色散特性的卷积项的高效求解。计算结果表明,直接卷积行波模型在窄带行波模型可以处理的问题上,得到的结果与窄带行波模型给出的结果吻合,同时可以处理窄带行波模型不适用的宽带光电器件。在计算开销上,基于数字滤波器的算法使得直接卷积行波模型仅为窄带行波模型开销的两倍左右。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722

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本文编号：1296648