提出了一种新型结构的阵列波导光栅。在AWG的阵列波导中嵌入多种补偿介质, 补偿二阶或二阶以上温度偏移。首先从理论上推导出器件的工作原理表达式；其次给出了器件结构的设计方案, 阵列波导采用同心圆结构设计, 使得嵌入介质与波导垂直, 有效减小了散射损耗, 并显著提高了芯片的集成度。最后, 对器件性能进行了评估, 引入的附加损耗小于1dB; 理论上实现了零温度偏移。

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性, 给出了结构参量的关系表达式, 阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素, 阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱, 优化了结构参量, 总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示, 输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50%, 插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB, 串扰小于-30 dB.最后, 本文给出了实验结果, 插入损耗减小了0.87 dB, 串扰减小了3.67 dB, 1 dB带宽增加0.1 nm, 增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.

设计和优化了一种新型低损耗、低偏振的基于二氧化硅的特种非对称1×5光分路器.在设计Y分支结构时, 输入端采用缓变展宽波导结构和直波导过渡波导相结合的结构, 此结构可以使输入光场缓慢展宽, 进行分束前的准备, 大大减小分支结构的辐射损耗和模式转换损耗.非对称1×5光分路器第一个端口输出功率占50%, 第二至五端口输出功率占50%.利用三维光束传播法模拟和优化了特种非对称1×5光分路器, 模拟结果表明, 该结构具有均匀性好、器件尺寸小、低损耗和低偏振等优点, 1×5光分路器在1 250~1 650 nm波长范围内, 第一个输出端口附加损耗小于0.07 dB, 均匀性小于0.023 dB, 偏振相关损耗小于0.009 dB, 第二到五端口附加损耗小于0.45 dB, 均匀性小于0.41 dB, 偏振相关损耗小于0.06 dB.

在InP阵列波导光栅的制作过程中会引入不同的误差, 从而影响器件的性能.为了最大限度地控制误差, 提高半导体器件性能, 本文采用传输函数法对InP基阵列波导光栅的系统误差和随机误差分别进行了分析.从系统误差的模拟结果中可以得到如下结论: 深脊型波导的有效折射率nc平均每偏移+0.000 1, 中心波长偏移+0.05nm.相邻阵列波导长度差ΔL每偏移+0.01 μm, 中心波长将偏移+0.44 nm.nc和ΔL仅仅会影响到传输谱中心通道及其他各通道对应的波长, 使得传输谱发生整体漂移, 而信道间隔及串扰不会改变.罗兰圆半径R偏移不会影响器件的中心通道对应的波长, 但会使其它通道对应的波长发生变化, 最终使得信道间隔改变, R增加50 μm, 信道间隔减小0.03 nm.从随机误差模拟结果中, 得出: 波导芯区折射率、上包层折射率、衬底折射率、波导宽度和波导芯层厚度的随机波动会对阵列波导光栅的串扰产生较大的影响.根据以上分析, 可以通过控制不同参量来调节器件的中心波长以及信道间隔等来优化阵列波导光栅的光学性能.