基于soi波导结构的偏振控制器的设计优化研究

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1、基于SOI波导结构的偏振控制器的设计优化研究侯康2015年12月中图分类号：TN256UDC分类号：535.3基于SOI波导结构的偏振控制器的设计优化研究作者姓名侯康学院名称光电学院指导教师张恒利研究员、储涛研究员答辩委员会主席储涛研究员申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月DesigningandOptimizationofSiliconBasedPolarizationControllerCandidateName：KangHouSchoolorDe

2、partment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.HengliZhang,Prof.TaoChuChair,ThesisCommittee：Prof.TaoChuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交

3、的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要在硅基光子集成芯片应用中，从光纤耦合进光子回路的信号光通常具有随机的偏振态，而硅基光波导和其他基础器件呈现出很强的偏振敏感性，极大的限制了硅基光

4、子集成芯片的应用领域。消除硅基集成光子器件的偏振敏感性对于其商业化应用具有至关重要的意义，因此集成偏振控制器件作为解决硅基光子集成芯片偏振相关问题的重要器件，在近几年得到了广泛的研究。本研究的主要目的是设计并优化基于绝缘体上硅晶元的片上偏振旋转器，主要包括耦合部分和偏振转化部分。耦合部分包括光栅耦合器和绝热渐变波导，负责将光从光纤耦合进波导；偏振转化部分为偏振旋转器，主要实现TE模和TM模之间的相互转化。为了高效的优化出高性能器件，本研究创新性的采用了粒子群算法对器件参数进行优化，并取得了良好的效果。本

5、研究的主要创新工作包括：1.采用粒子群算法对双刻蚀非均匀光栅耦合器的参数进行全面的优化，优化后的光栅具有高耦合效率。在1550nm波长处，耦合效率达75.5%，对应的损耗仅有1.2dB，1dB带宽能够覆盖C波段。器件制作工艺与CMOS工艺兼容，制作简单。2.提出了贝塞尔曲线型的绝热渐变波导。该波导用于连接两段宽度分别为12μm和0.5μm的波导。通过粒子群算法的优化，该绝热渐变波导长度只有50um，在1540nm-1600nm的波长范围内透射率均在98%以上。其长度远短于其他曲线型的绝热渐变波导。3.首

6、次提出了一种新型表面等离子激元辅助型偏振旋转器结构。该偏振旋转器长度仅有2.56μm；在整个C波段，消光比大于26dB，损耗小于0.75dB。据我们所知，该器件的损耗在所有同类型器件中是最小的。4.优化了基于模式耦合原理的偏振旋转器。该器件具有高带宽和超低损耗的特性。优化后的器件的消光比最高达到32.3dB；在1550nm波长处消光比为26.3dB，损耗为0.006dB；在1400nm~1700nm范围内，消光比都大于17dB，损耗小于0.1dB。I北京理工大学硕士学位论文关键词：硅基光子学；光栅耦合器

7、；绝热渐变波导；偏振旋转器；粒子群算法II北京理工大学硕士学位论文AbstractFormanyapplicationsofsiliconphotonics,suchasfibercommunication,thelightfromopticalfibersusuallyhasarandompolarization.However,thesiliconwaveguideandothersilicondevicesgenerallyhaveaconsiderablebirefringence.Conseq

8、uently,thesignalwilldegradeseriouslyafteritgoesthroughapolarization-sensitivephotonicsintegratedcircuits,whichlimitedtheapplicationareaofsiliconPICs.Therefore,eliminatingthepolarization-sensitivityisextremelyimportantforth