基于多模干涉仪的硅基偏振分束器

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偏振分束器是是光通信领域中的一个基本的光电子器件。随着光纤通信和光纤传感测量技术的飞速发展,制造出具有高消光比和低附加损耗的偏振分束器变得越来越重要。  目前在高速光纤传输系统中,随着传输速率的不断提高,发射/接收机的体积及功耗成为急需解决的瓶颈问题。硅基光电集成技术成为业界和科研机构都在普遍关注的重要解决方案。硅基光电器件具有集成度高以及和CMOS工艺兼容等特点,近年来在科学研究与工业应用方面取得了飞速的发展。本文在研究组申请的863项目《硅基集成100Gb/s相干接收及传输模块技术》的支持下,主要研究硅基纳米光波导的高效偏振分束技术,它是实现双偏振IQ光调制器和双偏振相干光接收的基础。  本文通过对硅基微纳偏振分束器的理论和实验的研究,主要取得了以下的成果:  (1)理论上设计了一种新颖的硅基多模干涉型偏振分束器。与其它类型的偏振分束器相比,这种偏振分束器具有工艺简单、制作容差大、带宽大等优势。加上SOI材料的高折射率差可以提高双折射效应的性能,从而可以进一步缩小器件的尺寸。而且它的制备工艺与传统CMOS工艺兼容;  (2)利用准成像的原理改进了器件的性能,使得多模干涉型偏振分束器的尺寸减小到原来的1/5,并基于Rsoft-BPM仿真软件对器件的性能进行优化,给出了制作容差,消光比,带宽特性等性能指标;  (3)利用电子束曝光(EBL)、感应耦合等离子体(ICP)刻蚀等工艺,成功制作出了多模干涉型偏振分束器,通过实验改进测试方案、优化参数,最终实现偏振消光比大于20dB,3dB带宽覆盖C波段的偏振分束器;  (4)尝试了不同的测试方案,搭建空间光路对芯片进行测试,实现了较低的空间损耗和稳定的偏振控制系统。
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