用于寬帶高效率及低偏振敏感波長轉(zhuǎn)換的硅波導設計.pdf

1、隨著基于SOI(silicon-on-insulator)結(jié)構(gòu)的硅波導制作工藝的發(fā)展，在同一硅片上集成各種電子和光子器件成為可能。硅材料不但適合用于研制線性集成光子器件，利用其中的非線性光學效應，還可以實現(xiàn)下一代光通信系統(tǒng)中所必需的全光信號處理功能。本文主要研究基于SOI硅波導中四波混頻效應的全光波長轉(zhuǎn)換技術，針對全光波長轉(zhuǎn)換的幾項主要性能，通過硅波導的結(jié)構(gòu)和尺寸優(yōu)化設計，實現(xiàn)了高效率、超寬帶以及低偏振敏感的全光波長轉(zhuǎn)換。
　　

2、 在填充硅納晶狹縫波導中，我們通過優(yōu)化波導結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高效率、超寬帶的波長轉(zhuǎn)換。通過研究TE和TM偏振模式與波導設計的依賴關系，我們設計了低色散差異的硅波導，可用于偏振不敏感的波長轉(zhuǎn)換。
　　 本文首先簡單介紹了非線性硅光子學以及硅基信號處理的研究現(xiàn)狀，并闡述了硅波導中基于四波混頻效應波長轉(zhuǎn)換的基本原理。接著，我們給出了硅材料中三階非線性效應和波導中四波混頻的理論模型。
　　 狹縫波導結(jié)構(gòu)具有高效率的光場限制能力，將大部分

3、光能限制在了低折射率的材料之中。我們通過在硅狹縫中填充具有較高非線性系數(shù)的硅納晶材料并利用狹縫中具有較高光能量密度的特性，實現(xiàn)了高效率、超寬帶的波長轉(zhuǎn)換。通過優(yōu)化硅鈉晶狹縫波導的色散曲線，在4mm長的硅鈉晶狹縫波導中可以獲得400 nm的轉(zhuǎn)換帶寬，同時獲得-2.38dB的轉(zhuǎn)換效率。
　　 本文還分析了波導中不同偏振模式的色散曲線與波導幾何尺寸之間的關系，獲得了具有低色散差異的硅波導優(yōu)化設計，用于實現(xiàn)偏振不敏感的波長轉(zhuǎn)換。利用具有