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1、第18卷第2期半导体光电Vol.18No.21997年4月SemiconductorOptoelectronicsApr.1997波导光栅耦合器袁纵横刘永智庞涛(电子科技大学,成都610054)摘要:介绍了近几年国外波导光栅耦合器的研究和应用情况,重点介绍了光栅参数和波导结构对波导光栅耦合器输入耦合效率的影响以及光栅耦合器在光盘读出头、传感器、光谱分析等方面的应用。关键词:光波导波导光栅耦合器中图法分类号:TN814.6TN622WaveguidegratingphotocouplerYUANZhonghengLIUYong
2、zhiPANGTao(UniversityofElectronicScienceandTechnology,Chengdu610054,CHN)Abstract:Recentadvancesinresearchandapplicationsofwaveguidegratingphoto-couplerarepresented,withtheemphasisontheeffectofgratingparametersandwaveg-uidestructureontheinputcouplingefficiencyofwaveguidegratingph
3、otocoupler.Itsap-plicationsinopticaldiskpickup,sensor,andspectrumanalysis,etc,arealsodescribed.Keywords:OpticalWaveguide,WaveguideGrating,Photocoupler1概述它的应用范围。要进一步地扩展其应用,关键的问题是要提高波导光栅耦合器的耦合效波导光栅器件在集成光路中有许多应率。许多研究者在这方面做了大量的工作,用[1~3],可作偏转器、模式转换器、波分复用早期的研究在理论上有了格林函数法,模耦合理论和模匹配方法,
4、在实验上有粒子束刻器、滤波器、启偏器、耦合器等。波导光栅作蚀技术和全息光刻技术。近年来的研究主要为输入、输出耦合器与棱镜耦合器相比,有表面平整,不受折射率限制,体积小,对机械振是运用已有的理论和方法来改进各种结构的动和温度变化不敏感等优点。因此,在光信波导光栅耦合器的效率等参数。如选择光栅的槽形,深度的变化,应用不同波导结构息处理、光学计算等方面得到了广泛的应用。[4~9]等。在应用方面,波导光栅耦合器在激然而,波导光栅耦合器的耦合效率低限制了光光盘读出头,传感器,光谱分析方面有了很[10~14]大进展。本文将就近几年国内外对波1996-07-29收
5、稿;1996-08-20定稿导光栅耦合器的研究作一简单介绍。本刊通讯编委第18卷第2期袁纵横等:波导光栅耦合器932波导光栅耦合器的基本结构式中Ci,Cd分别表示输入、输出光波振幅,Kid,Kdi为两光波彼此耦合的系数,Kid=及原理Kdi,=K-(Kout+Ki)表示对Bragg条件的偏离。光栅耦合效率可表示为图1为光栅耦合器的基本结构,n1,n22Cd和n3分别为包层、波导和衬底的折射率。=(4)Ci光栅上的输入光与光栅作用产生衍射输出与光栅的几何参量(槽形、周期、槽深)及波光。入射
6、光矢量为Ki,光栅光矢量K及衍导结构有关。射光矢量Kout三者间满足Bragg条件作为输入耦合器时,入射光经光栅衍射一部分进入波导,另一部分返回包层。进入Ki+K=Kout(1)波导的光除在波导中激励导模外,还要通过对于输入耦合(如图1所示),设入射光由空衬底泄漏出去和再次耦合进入包层。因此,气一侧以入射角为i入射,式(1)变为基本结构的耦合器耦合效率是比较低的。K0sini+K=Km(2)22式中,K0=n0(空气n0=1),Km=Nm,3波导光栅几何参数、波导结构Nm为波导中的m阶模的有效折射率。K对的影响[4~9,
7、15、16]2=q,为光栅常数,为光栅周期,为入射光波长,q为衍射级次,q=1、2、。对光栅耦合器的研究主要集中在如何提只有满足Bragg条件的光才能有效地耦高耦合效率及应用上。影响耦合效率有光栅合进波导,或者从波导耦合出去。几何参数及波导的结构,下面从这两方面进行讨论。3.1光栅槽形、周期、深度对的影响很多人对光栅的槽形进行了研究,其中,MasajiTomita利用在边界上均方差最小的模匹配方法和微扰理论系统研究了常见三种槽形:(矩形、三角和正弦形)的波导光栅。图2表示三种槽形的光栅耦合器结构。对波导厚度(d)在0.208、60,槽深(h)在0.020
