文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
硅基纳米线阵列波导光栅的研究
姓名:刘元
申请学位级别:硕士
专业:光电信息工程
指导教师:郜定山
2011-01-05
华中科技大学硕士学位论文
摘要
波分复用技术可以在单根光纤中复用多路不同波长的信号,极大地提高了光纤
通信速率和通信容量。而阵列波导光栅(AWG)由于损耗低、结构紧凑、易于与其他
器件集成等优点,成为波分复用与解复用器的首选器件。基于纳米线的 AWG 由于
SOI 的强限制作用,器件尺寸可以做得很小,非常有利于器件的集成,近年来成为人
们的研究热点。但是因为纳米线波导的有效折射率对波导尺寸波动十分敏感,而且
AWG 器件阵列波导部分长度很大,因此在波导制作过程中即使引入很小的波导宽度
随机误差就足以使得器件光相位紊乱,导致 AWG 器件串扰性能极度恶化。
本文研究了如何设计纳米线 AWG 器件并降低工艺误差带来的串扰,主要做了以
下工作:
(1) 介绍了多种计算 AWG 中的关键波导结构模式有效折射率的方法,如平板波
导、矩形波导、脊波导,并给出了脊波导的单模条件;
(2) 创新性提出了通过级联波导光栅滤波器的方法来压制 AWG 响应谱旁瓣,从
而显著改善 AWG 的串扰性能。这种方法不需要增加额外工艺流程,级联滤波器长度
仅为 54μm,因此能保持器件结构紧凑。通过模拟验证级联滤波器后 AWG 串扰降低
了 15dB;
(3) 分析比较了 AWG 及波导光栅器件的几种不同建模方法的优缺点,并给出了
各自的计算结果;
(4) 详细介绍了如何确定 AWG 及光栅滤波器的结构参数,并结合实例讲述了如
何在串扰方面对器件的各参数进行总体优化;
(5)制作并测试了 8×8 信道的 AWG,测出的信道间隔为 ,与设计值相同,
但串扰仅为-4dB。同时评估了工艺误差对 AWG 及光栅滤波器串扰性能的影响,模拟
发现即便几个纳米的平均宽度波动都将是串扰增大十几个分贝。而对于滤波器,误
差的出现将使损耗增大及引起中心波长漂移。

关键词:硅纳米线波分复用器栅滤波器阵列波导光栅串扰

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Wavelength Division Multiplexing (WDM) can simultaneously transfer different
kinds of signals with different wavelengths in a single fiber, which greatly increases the
speed and capacity of optical munications. Arrayed waveguide grating (AWG) is
considered to be the best choice as the multiplexer/demultiplexer devices due to its low
transmission loss, small size, easy to be integrated with other devices, etc. Recently, great
interest has been focused on silicon nanowire based AWGs, which can be made very
compact because of the high index contrast and small bending radius of the silicon
nanowire waveguide. However the effective index of the silicon nanowire waveguide is
very sensitive to the width variation of the waveguide. And the arrayed waveguides are
normally rather long, so even very small waveguide width variation can result in large
phase errors in AWG and bring big side lobes and crosstalk in its filtering spectra. This
seriously deteriorates the crosstalk performance of AWG.
In this th