【摘 要】
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光偏振分束器(PBS)可以实现光的两个正交偏振态分束功能，是基于双偏振正交相移键控系统(QPSK)的高速光传输系统中的关键光电子器件之一，具有重要的研究意义。与聚合物、铟磷(In
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光偏振分束器(PBS)可以实现光的两个正交偏振态分束功能，是基于双偏振正交相移键控系统(QPSK)的高速光传输系统中的关键光电子器件之一，具有重要的研究意义。与聚合物、铟磷(InP)、砷化镓(GaAs)、磷酸锂(LiNbO3)等材料相比，绝缘体上硅(SOI具有小体积、低损耗、与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容等优点。在结构上，多模光波导型PBS具有尺寸紧凑、损耗低、分束比例稳定、光学带宽大及制作容差大等优势。因此，本论文研究硅基多模光波导结构PBS。 本论文主要介绍了在340nm顶层硅的SOI上实现PBS的研究成果，包括理论分析和实验结果: (1)优化单个多模干涉耦合型型PBS。该PBS利用自映像和准成像理论相结合。相比于传统的公倍数法则设计的PBS，此器件尺寸的长度减小至五分之一。通过调整多模干涉区宽度、刻蚀时间、增加渐变波导，器件性能在1.55μm的波长下，横向电波(TE)及横向磁波(TM)的消光比分别为44.9dB与23.6dB。在消光比大于20dB的条件下，工作带宽分别为35nm及28nm。在中心波长提高了5dB的消光比、涵括整个C波段带宽、减少了4.8dB的损耗以外，稳定了输出功率。 (2)实现级联多模干涉耦合型的PBS。采用自映像原理，TE波及TM波分别在第一级和第二级多模波导中的第一次成像位置输出。相比于传统的公倍数法则，该级联结构器件长度缩短至至九分之一。器件性能良好，在1.55μm波长下，TE波及TM波的消光比分别为23dB及25dB。在消光比大于20dB的条件下，工作带宽分别为25nm及20nm。 此外，为了便于与其他有源、无源光电子器件集成，基于顶层硅厚度为220nm的SOI，设计了级联多模光波导结构的PBS。理论分析与仿真结果显示出较好的性能。在1.55μm波长下，TE波及TM波的消光比分别为51dB及34dB。在消光比大于20dB的条件下，工作带宽分别为35nm及30nm。
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