【摘 要】
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平面光波光路(PLC)集成芯片将在光信号处理、光通信、光子系统设备中得到广泛应用,耦合封装是PLC集成芯片研发的技术关键。影响耦合效率的主要因素为光纤与PLC芯片模场失配和
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平面光波光路(PLC)集成芯片将在光信号处理、光通信、光子系统设备中得到广泛应用,耦合封装是PLC集成芯片研发的技术关键。影响耦合效率的主要因素为光纤与PLC芯片模场失配和折射率失配。优化设计合适的楔形透镜光纤且在PLC芯片端面镀抗反射膜,是降低PLC芯片耦合损耗的有效手段。
本文首先利用束传播法(BPM)数值分析了楔形透镜光纤在楔端内部的传输光场和出射光场,并通过实验测得楔形透镜光纤的出射光斑,验证了理论的结果,确立了楔形透镜光纤一定出射距离处的光斑形状和尺寸。接着,讨论了楔形透镜光纤的制作工艺,并对目前广泛应用在光子芯片耦合封装中的金属化光纤进行了分析,发现金属包层对光纤基模场没有影响。然后,从减小PLC芯片端面反射损耗的角度出发,设计出芯片端面抗反射膜；根据实际耦合条件建立了楔形透镜光纤与PLC芯片的耦合模型,基于时域有限差分(FDTD)法,优化模拟出最佳耦合参量,包括楔形光纤透镜曲率半径、透镜楔角与耦合距离等。最后,在本实验室先进测试平台的基础上,构建实验系统,对不同的楔形透镜光纤与PLC芯片进行耦合试验研究,得出最合适的耦合方案,透镜曲率半径为5um、楔角为50°的楔形光纤与InP基PLC芯片的耦合距离为5.5um时,耦合效率最大,该结果与数值模拟结果一致。
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