基于非对称耦合器的硅基波分复用器的研究

论文摘要

伴随着物联网和云计算等新一代信息技术的兴起,信息时代在丰富人们生活的同时,也对通信容量和通信带宽的需求越来越高。在提高通信容量上,波分复用器作为片上复用系统的关键器件发挥着举足轻重的作用。本文将模式转换运用到基于非对称耦合器的硅基波分复用器中,对设计的器件进行了理论分析、仿真优化和实验验证,为实现结构紧凑、性能优良、大制作容差这三个目标进行了研究和创新,具体工作内容如下:（1）提出了基于非对称耦合器的硅基波分复用器。我们的设计结合了波长和模式两个维度,一方面在总线波导复用的各波长信号被非对称耦合器转换成相互正交的不同模式,降低了通道间串扰。另一方面由于模式转换和波长复用发生在同一平面,这有利于波分复用器与其他器件进行片上集成。理论上只要增加非对称耦合器来支持更高阶的模式转换,波分复用器就可以扩展到更多通道,实现了器件设计的灵活性和可扩展性。（2）设计和制作了基于常规非对称定向耦合器和锥形非对称定向耦合器的波分复用器。借助定向耦合器结构简单的优势,波分复用器整体尺寸小于7μm?120μm。仿真结果表明与常规非对称定向耦合器相比,锥形非对称定向耦合器通过引入锥形的波导结构能够提高波分复用器的制作容差,同时实验结果表明基于锥形非对称定向耦合器的波分复用器具有较低的插入损耗（小于1dB）和较小的串扰（小于-23dB）。（3）提出了基于非对称光栅辅助型耦合器的波分复用器,通过改变光栅齿的幅度可以灵活调节带宽。仿真结果显示与非对称均匀光栅辅助型耦合器相比,非对称单侧幅度切趾光栅辅助型耦合器和非对称双侧幅度切趾光栅辅助型耦合器分别可以将旁瓣抑制在-20dB和-23dB以下。由于光栅辅助型耦合器的耦合效率随耦合长度单调变化,降低了制作过程中对耦合长度精确控制的要求,这将更易于器件的工艺制备。（4）设计和制作了基于非对称均匀光栅辅助型耦合器、非对称单侧幅度切趾和双侧幅度切趾光栅辅助型耦合器的波分复用器。实验结果表明各波长通道的插入损耗在0.23dB0.58dB之间,单侧幅度切趾和双侧幅度切趾光栅辅助型耦合器各波长通道的旁瓣抑制比均大于10dB,降低了通道串扰（-15dB左右）,证明了波分复用器的可行性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱琳

导师: 孙军强

关键词: 硅基光子学,波分复用器,模式转换,定向耦合器,光栅辅助型耦合器

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: TN622;TN256

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001215

总页数: 86

文件大小: 7886K

下载量: 98

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