没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
SiNx填充的定向耦合器型偏振无关解复用器.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 29 浏览量
2023-02-23
20:43:57
上传
评论
收藏 640KB DOCX 举报
温馨提示
试读
12页
SiNx填充的定向耦合器型偏振无关解复用器.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
摘要
设计了一种基于 SiN
x
填充的定向耦合器(DC)型偏振无关解复用器,用于分离 1310 nm
和 1550 nm 两个波长的光信号。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法调节 DC
波导间隙内填充的 SiN
x
材料的折射率,使同一波长下横电(TE)偏振模和横磁(TM)偏
振模的耦合长度相等,实现器件的偏振无关功能。通过优化波导间隙,调整两个波长光信
号所对应的耦合长度比,选择合适的值可使其分别从两个端口输出,实现波长分离功能。
运用三维有限时域差分方法进行建模仿真,对器件进行参数优化和性能分析。结果表明:
所提出的解复用器的耦合区长度仅为 22.8 μm,插入损耗和串扰(CT)分别低至 0.05 dB
和-21.58 dB,CT 小于-10 dB 的带宽可达 79 nm,且总体容差性良好。所设计的器件在未
来的集成光路系统中具有潜在的应用价值。
Abstract
A directional coupler (DC)-based polarization-independent demultiplexer filled with SiN
x
is
designed to separate the 1310-nm and 1550-nm optical signals. The plasma-enhanced
chemical vapor deposition (PECVD) method is used to adjust the refractive index of the
SiN
x
material filled in the gap between the DC waveguides. As a result, the coupling
length of the transverse-electric (TE) polarization mode equals that of the transverse-
magnetic (TM) polarization mode at the same wavelength, and the polarization-
independent function of the device is thereby fulfilled. The ratio of the coupling lengths
corresponding to the two optical signals with different wavelengths is adjusted by
optimizing the gap between the waveguides. When a proper value of the coupling length
ratio is chosen, the two optical signals can be output from two ports, respectively, to
achieve the wavelength separation function. Modeling and simulation are conducted by
the three-dimensional finite-difference time-domain method to optimize the parameters of
the device and analyze its performance. The results show that the proposed
demultiplexer achieves a coupling region as short as 22.8 μm and an insertion loss and a
crosstalk (CT) as low as 0.05 dB and -21.58 dB, respectively. Besides, the bandwidth
corresponding to a CT smaller than -10 dB reaches 79 nm, and the device offers
favorable tolerance on the whole. The device designed has application potential in future
integrated optical circuit systems.
1 引言
近年来,随着数据的爆发式增长,人们对通信速率和传输容量的要求越来越高,实际应用
中出现了多种复用技术,其中波分复用技术
[1]
作为提高通信传输容量的典型方案得到广泛
应用。解复用器是波分复用技术中的核心器件,用于实现多个波长的分离,最常见的解复
用器有阵列波导光栅(AWG)型
[2]
、光子晶体(PC)型
[3]
、马赫-曾德尔干涉仪
(MZI)型
[4]
、多模干涉(MMI)型
[5-9]
和定向耦合器(DC)型
[10-12]
等。其中,DC 型
解复用器因其结构简单、尺寸小等特点得到广泛应用。
绝缘体上硅
[13]
(SOI)平台的芯层与包层间的折射率差大,使其具有强的光束缚能力,
同时其制作工艺与互补金属氧化物半导体相兼容,因此 SOI 是大部分 DC 型解复用器的首
选平台。但是基于 SOI 的 DC 型解复用器存在较强的偏振相关性
[14-15]
,限制了其应用范
围。目前已报道的实现 DC 偏振无关的方法包括采用三明治波导
[12]
、弯曲波导
[16]
、脊型
波导
[17]
、亚波长光栅(SWG)
[18-20]
、槽波导
[21-22]
和布拉格光栅
[23]
等。然而,采用弯
曲波导、脊型波导和槽波导后,器件的尺寸与损耗均较大;引入三明治波导、SWG 和布
拉格光栅后,结构变得复杂,器件加工难度大且成本高。
综上,本文设计了一种基于 SiN
x
填充的 DC 型偏振无关解复用器,仅在传统 DC 结构的波
导间隙内填充单一 SiN
x
材料,并合理选取 SiN
x
折射率的大小,使同一波长的横电(TE)
和横磁(TM)偏振模的耦合长度相等,实现器件的偏振无关。通过优化波导间隙,调整两
个波长光信号所对应的耦合长度比,可使其分别从不同的端口输出,实现解复用功能。采
用三维有限时域差分法进行建模和仿真。结果表明,所提出的偏振无关解复用器尺寸小、
性能优良且总体容差性较好,在未来的集成光路系统中具有较大的应用价值。
2 工作原理与器件结构设计
2.1 工作原理
传统的 DC 由两根参数完全相同的平行直波导并列排布组成,根据耦合模理论
[24]
,满足
相位匹配条件时,光信号在其中某一波导内传输 L
c
距离后将完全转移至另一波导,且随着
距离的增加在波导间周期性来回转移。L
c
为耦合长度,可表示为
Lc=πβe−βoLc=πβe-βo,(1)
式中:β
e
和 β
o
分别为偶模和奇模的传播常数。
2.2 器件设计思路与结构
DC 型解复用器若要实现偏振无关特性,需要满足如下公式:
Lc,TE(λ)=Lc,TM(λ)Lc,ΤΕ(λ)=Lc,ΤΜ(λ),(2)
式中:Lc,TE(λ)Lc,ΤΕ(λ)和 Lc,TM(λ)Lc,ΤΜ(λ)分别为波长为 λ 时的 TE 和 TM 偏振模的耦合
长度
[25]
,可分别表示为
Lc,TE(λ)=λ2[n(TE)even−n(TE)οdd]Lc,ΤE(λ)=λ2nevenΤΕ-nοddΤΕ,(3)
Lc,TM(λ)=λ2[n(TM)even−n(TM)οdd]Lc,ΤΜ(λ)=λ2nevenΤΜ-nοddΤΜ,(4)
式中:n(TE)evennevenΤΕ[n(TM)evennevenΤΜ]和 n(TE)οddnοddΤΕ
[n(TM)οddnοddΤΜ]分别为波导中 TE(TM)偏振模偶模和奇模的有效折射率。
对于一般的 DC 型解复用器而言,SOI 平台的偏振相关性导致
Lc,TE(λ)Lc,ΤE(λ)≠Lc,TM(λ)Lc,ΤΜ(λ)。因为耦合长度和不同偏振模的有效折射率有关,为
了实现器件的偏振无关特性,解决办法之一就是在 DC 波导中引入 SWG 结构,如图 1
(a)、(b)所示
[18-19]
。其设计思路为将引入的 SWG 等效为均匀折射率介质(图 2),
通过调节 SWG 的结构参数,改变等效均匀折射率介质的折射率大小,从而影响不同偏振
模的有效折射率,使 Lc,TE(λ)Lc,ΤE(λ)与 Lc,TM(λ)Lc,ΤΜ(λ)相等,实现偏振无关特性。
图 1. 基于 SWG 结构实现偏振无关的 DC 波导
[18-19]
。(a)文献[18]中结构;(b)文
献[19]中结构
Fig. 1. Polarization independent DC waveguides based on SWG structure
[18-19]
. (a)
Structure in Ref. [18]; (b) structure in Ref. [19]
下载图片 查看所有图片
图 2. SWG 结构和等效均匀折射率介质示意图。(a) SWG 结构示意图;(b)等效均匀
折射率介质示意图
Fig. 2. Diagrams of SWG structure and equivalent uniform refractive index medium.
(a) Diagram of SWG structure; (b) diagram of equivalent uniform refractive index
medium
下载图片 查看所有图片
然而 SWG 结构相对复杂,对制造工艺有一定的要求,而且受限于衍射效应(光栅周期必
须远小于布拉格周期)。因此,本文考虑是否存在能够代替 SWG 结构的某种折射率可调
的材料,实现器件的偏振无关功能。调研表明 SiN
x
[26-27]
材料可通过等离子体增强化学气
剩余11页未读,继续阅读
资源评论
罗伯特之技术屋
- 粉丝: 3660
- 资源: 1万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- 基于Typescript的兔子饭店经营类游戏源码设计免费送cocoscreator
- 基于Java的web快速开发数据权限管理脚手架wonder-server设计源码
- 基于Apache Log4cxx的C++日志库设计源码
- 基于Vue3的likeadmin免费任意商用管理后台设计源码
- 基于JavaScript的Chrome扩展WeNote分享插件设计源码
- 基于C++的中泰EM9108S动态库开发示例源码
- gxlx2-p291-1g.dts和gxlx2-p291-1g.dtb
- STM32WBxx Keil芯片包
- 基于CNN+Bi-LSTM+Attention 的自动对对联系统
- 基于Java的IndexBar Android字母索引栏设计源码
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功