基于亞波長光柵和三明治結構的偏振無關微環諧振器的設計與仿真*

汪靜麗 張見哲 陳鶴鳴

1) (南京郵電大學電子與光學工程學院、微電子學院, 南京 210023)

2) (南京郵電大學貝爾英才學院, 南京 210023)

1 引 言

在大數據時代, 現代網絡通信和人工智能等熱點技術興起, 對信道容量的需求日益突出, 密集波分復用技術應運而生.密集波分復用器作為其核心器件, 常用的實現方法有: 微環諧振器[1-3]、陣列波導光柵[4]、級聯馬赫-曾德爾干涉儀[5]和光子晶體[6].其中, 由于微環諧振器拓撲多樣, 濾波性能好且與絕緣體上硅(silicon-on-insulator, SOI)技術兼容而備受關注.

SOI是指在絕緣體襯底(SiO2等)上形成Si波導或Si薄膜, 是一種新型的光電子集成材料.由于Si與SiO2材料間折射率差較大, 對光的限制能力強, 彎曲損耗低[7,8], 因此基于SOI的微環諧振器的彎曲半徑較小, 具有更高的集成度[9].但是由于SOI固有的雙折射效應, 導致基于SOI的微環諧振器往往有著很強的偏振相關性, 使其在諸多使用偏振無關器件的應用中受到限制.目前有兩種解決方案: 一種方案是使用偏振分集系統[10]; 另一方案是使所設計的器件本身具有偏振無關性.本文擬采用后者, 設計偏振無關的微環諧振器.

目前, 已報道的實現SOI型微環諧振器偏振無關的方法有: 1) 采用脊型多模干涉波導, 但存在自由頻譜區(free spectral range, FSR)較小以及器件尺寸較大等問題[11]; 2) 采用十字縫隙波導, 器件尺寸較小, 但插入損耗較大[12]; 3) 采用亞波長光柵(subwavelength grating, SWG)與梯形波導,器件Q值較高且插入損耗小于2 dB, 但尺寸較大不利于集成[13].綜上, 現有的偏振無關微環諧振器在插入損……