硅基微纳浅刻蚀光栅分束器的研究

摘要

光栅是一个历久弥新的光学器件，随着现代微纳米加工生产技术和集成光路的发展，尤其是硅基光电子的发展，光栅也在不停的发展及完善中，与其他光电器件一样，光栅在人类社会和经济的发展中做出了巨大的贡献。就硅基集成光路来说，光栅能够很好的实现耦合、相位匹配、光束整形、反射等功能，且具有结构简单、易于集成、制作工艺简单等优点，作为一个基础性光学元器件以被广泛的应用于集成光路中。鉴于硅基微纳光学器件是实现光路集成、片上光电转换以及探测的重要基础元件，论文所有研究将聚焦于微纳尺度范围内。
　　基于严格耦合波分析方法(rigorous coupled-wave analysis，RCWA)和时域有限差分方法(finite-different time-domain，FDTD)，借鉴在微电子加工工艺常用的硅材料系统，本文重点研究了两种结构简单的硅基微纳光栅分束器：
　　（1）利用非对称光栅能灵活调控光栅区域各个频谱分量的分布，阻止光栅中泄露模的快速衰减，从而实现宽带、大角度、高衍射效率等独特性能，本文设计、优化了一种双功能的单层浅刻蚀非均匀光栅偏振分束器，在1550nm波段附近，当TE偏振波垂直入射时，该器件反射率高达到97％以上；而当TM偏振波垂直入射时，其能产生50:50反射和透射光。
　　（2）基于高折射率差绝缘体上硅（silicon-on-insulator，SOI）材料系统，本文还设计、优化了一种高性能、偏振无关的1×3多层亚波长光栅结构的功率分束器。在1550nm波段附近，当入射光垂直照射时，器件对TE偏振光的0级和±1级透射率分别为31%、32%、32%；对TM偏振光的0级和±1级透射率分别为33%、32%、32%。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 光栅分束器的国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作

第二章 光栅分束器的理论基础

2.1 严格耦合波分析方法简介

2.2 多层光栅结构严格耦合波分析方法

2.3 时域有限差分算法

2.4 本章小结

第三章 双功能浅刻蚀非均匀光栅偏振分束器

3.1 光栅偏振分束器简介

3.2 基本设计理论及泄露模简介

3.3 双功能非均匀浅刻蚀光栅偏振分束器结构设计及结果分析

3.4 本章小结

第四章 偏振无关浅刻蚀光栅功率分束器

4.1 光栅功率分束器简介

4.2 偏振无关浅刻蚀光栅功率分束器的结构设计及结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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