帶周期性微結(jié)構(gòu)的耦合波導(dǎo)偏振分束器.pdf

1、偏振分束器在光通信、光傳感、光學(xué)成像以及光計(jì)算等方面有著重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)偏振分束器要么尺寸較大，不能滿足高密度片上集成光學(xué)系統(tǒng)的需求，而且價(jià)格昂貴。要么在獲得小尺寸的情況下，偏振分束器的消光比不高，并且?guī)捰邢?。針?duì)這些問(wèn)題，本文在分析了常用的四種偏振分束器的設(shè)計(jì)原理之后，提出了一種新的帶周期性微結(jié)構(gòu)的偏振分束器設(shè)計(jì)方案；在此基礎(chǔ)上，使用平面波法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，設(shè)計(jì)了兩種帶周期性微結(jié)構(gòu)的耦合波導(dǎo)偏振分束器，并使用有限時(shí)域差分法對(duì)設(shè)計(jì)的偏振

2、分束器進(jìn)行了性能分析。結(jié)果表明，本文提出的帶周期結(jié)構(gòu)的偏振分束器的設(shè)計(jì)原理，可以有效的減小偏振分束器的長(zhǎng)度，提高偏振消光比和增大帶寬。本文的工作主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。
　　(1)提出了一種緊湊的高消光比偏振分束器的設(shè)計(jì)原理。在分析了基于多模干涉結(jié)構(gòu)、馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)和光子晶體結(jié)構(gòu)的四種常規(guī)偏振分束器的偏振分束原理，比較了他們?cè)谄穹质阅苌系膬?yōu)缺點(diǎn)后，根據(jù)定向耦合器的模式耦合理論與光子晶體的帶隙理論，提出了一

3、種帶周期性微結(jié)構(gòu)的偏振分束器設(shè)計(jì)原理。該原理理論上可以有效的減小偏振分束器的長(zhǎng)度，提高偏振消光比和增大帶寬。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱耦合波導(dǎo)偏振分束器。基于前述偏振分束器設(shè)計(jì)原理，以非對(duì)稱耦合波導(dǎo)為核心，首先采用平面波展開(kāi)法設(shè)計(jì)了非對(duì)稱偏振分束器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后，采用有限時(shí)域差分法，驗(yàn)證了平面波法設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，并仿真了該偏振分束器的運(yùn)行性能。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的非對(duì)稱耦合波導(dǎo)偏振分束器的耦合長(zhǎng)度最小為3.43μm，帶寬180

4、nm。在1550 nm波長(zhǎng)時(shí)，TE偏振模式和TM偏振模式消光比分別為28 dB和18 dB。
　　(3)設(shè)計(jì)了一種對(duì)稱耦合波導(dǎo)偏振分束器?；诒疚牟捎玫睦碚摵驮O(shè)計(jì)方法，以對(duì)稱耦合波導(dǎo)為核心，運(yùn)用同樣的數(shù)值計(jì)算方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并仿真性能。結(jié)果表明，獲得的超緊湊型對(duì)稱耦合波導(dǎo)偏振分束器的偏振耦合長(zhǎng)度為4.19μm，帶寬320 nm，在1550 nm通信波長(zhǎng)時(shí)，TE偏振模式和TM偏振模式消光比分別為40 dB和20 dB。最后，與非對(duì)稱的偏