帶周期性微結(jié)構(gòu)的耦合波導偏振分束器.pdf

1、偏振分束器在光通信、光傳感、光學成像以及光計算等方面有著重要的應用。傳統(tǒng)偏振分束器要么尺寸較大，不能滿足高密度片上集成光學系統(tǒng)的需求，而且價格昂貴。要么在獲得小尺寸的情況下，偏振分束器的消光比不高，并且?guī)捰邢?。針對這些問題，本文在分析了常用的四種偏振分束器的設計原理之后，提出了一種新的帶周期性微結(jié)構(gòu)的偏振分束器設計方案；在此基礎上，使用平面波法進行數(shù)值計算，設計了兩種帶周期性微結(jié)構(gòu)的耦合波導偏振分束器，并使用有限時域差分法對設計的偏振

2、分束器進行了性能分析。結(jié)果表明，本文提出的帶周期結(jié)構(gòu)的偏振分束器的設計原理，可以有效的減小偏振分束器的長度，提高偏振消光比和增大帶寬。本文的工作主要體現(xiàn)在以下三個方面。
　　(1)提出了一種緊湊的高消光比偏振分束器的設計原理。在分析了基于多模干涉結(jié)構(gòu)、馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)和光子晶體結(jié)構(gòu)的四種常規(guī)偏振分束器的偏振分束原理，比較了他們在偏振分束性能上的優(yōu)缺點后，根據(jù)定向耦合器的模式耦合理論與光子晶體的帶隙理論，提出了一

3、種帶周期性微結(jié)構(gòu)的偏振分束器設計原理。該原理理論上可以有效的減小偏振分束器的長度，提高偏振消光比和增大帶寬。
　　(2)設計了一種非對稱耦合波導偏振分束器。基于前述偏振分束器設計原理，以非對稱耦合波導為核心，首先采用平面波展開法設計了非對稱偏振分束器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后，采用有限時域差分法，驗證了平面波法設計的準確性，并仿真了該偏振分束器的運行性能。仿真結(jié)果表明，設計的非對稱耦合波導偏振分束器的耦合長度最小為3.43μm，帶寬180

4、nm。在1550 nm波長時，TE偏振模式和TM偏振模式消光比分別為28 dB和18 dB。
　　(3)設計了一種對稱耦合波導偏振分束器。基于本文采用的理論和設計方法，以對稱耦合波導為核心，運用同樣的數(shù)值計算方法設計結(jié)構(gòu)并仿真性能。結(jié)果表明，獲得的超緊湊型對稱耦合波導偏振分束器的偏振耦合長度為4.19μm，帶寬320 nm，在1550 nm通信波長時，TE偏振模式和TM偏振模式消光比分別為40 dB和20 dB。最后，與非對稱的偏