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提出了一种用于电光调制和粗波分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制器模块和粗波分复用器模块都是由硅基光子晶体波导和L3型谐振腔组成,两个模块间采用硅基光子晶体波导连接。该器件根据等离子体色散效应,采用L3型谐振腔和PN结实现了对波长的调制;根据微腔与波导的直接耦合理论,采用L3型谐振腔结构实现了滤波。利用基于三维时域有限差分法(3D-FDTD)的Lumerical软件对其进行仿真分析,结果表明该集成器件在工作波长1530 nm和1550 nm下均可以先完成各自的电光调制再进行双通道波长的复用。该器件在工作波长1530 nm和1550 nm下的插入损耗分别为0.70 dB和0.95 dB,消光比分别为20.97 dB和22.05 dB,调制深度均为0.99,信道串扰分别为-29.05 dB和-27.59 dB,器件尺寸仅为17.83 μm×17.3 μm×0.22 μm。该集成器件结构紧凑,易于集成,可应用于高速大容量波分复用光通信系统。

设计具有宽带性能的偏振无关1×3光功分器,采用离子辅助沉积方法调节三明治结构芯层SiN_x的折射率,使得正交偏振模的拍长相等而实现偏振无关;梯形多模干涉波导与锥形波导的组合可实现器件宽带宽、低损耗及良好的分光均匀性。运用有限时域差分法进行建模仿真及参数优化,结果表明:器件的多模干涉波导长度仅为13.2 μm,附加损耗低于0.07 dB,不均匀度低于0.03 dB,0.5 dB带宽高达255 nm,可覆盖S、C、L、U以及部分E波段,在未来集成光学系统中具有较高的应用价值。

设计了一种基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器,该器件由波分解复用(WDM)和模分解复用(MDM)两部分组成。其中,波分解复用部分由两个一维光子晶体纳米梁腔构成,模分解复用部分采用硅基纳米线波导结构。利用三维时域有限差分法,计算分析了该混合解复用器的性能参数。结果表明,该器件可以在波长1570.0 nm和1573.2 nm处实现基模(TE0)和一阶模(TE1)四个信道的解复用功能,插入损耗小于0.37 dB,信道串扰小于-18.4 dB,自由光谱范围可以达到400 nm。该混合解复用器可以应用于模分-粗波分复用系统中。

设计了一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用器，该器件主要由非对称定向耦合器和带沟槽的波导两部分组成.根据相位匹配条件，基模TE₀₀通过非对称定向耦合器耦合成一阶模TE₁₀，带沟槽的波导可支持光轴相对于水平和垂直方向旋转45°的两个正交的本征模，调整两个正交的本征模的相位差，使其进行简并，可进一步将TE₁₀转换为多种轨道角动量模式，并在第二个沟槽结构中进行复用.采用时域有限差分法进行仿真计算，结果表明：该器件可以实现拓扑荷为+1、0、-1的光子轨道角动量模式的产生及复用，且器件结构紧凑，尺寸小于80 μm×5.3 μm，损耗小于0.24 dB，适用波长范围为1.47~1.58 μm.该器件制作工艺简单，易于集成，可应用于轨道角动量复用系统等领域.

光通信技术高速发展和光子集成对调制器的尺寸和性能提出了更高的要求, 文章提出了一种基于Aubry-André-Harper(AAH)谐振腔的电光调制器, 该器件以硅材料为基底, 在其上刻蚀圆形空气孔形成三角型光子晶体结构, 在光子晶体线缺陷处引入AAH谐振腔, 并通过掺杂在线缺陷处形成p-n结, 根据硅基载流子色散效应改变调制电压使基底平板折射率发生改变, 进而导致谐振波长位移, 达到调制目的。应用Lumerical仿真软件对器件进行了仿真分析, 结果表明, 器件长度为9.03 μm, 3 dB带宽为1.01 nm, 当折射率差达到0.01时可实现1 550 nm波长的横电(TE)模窄带宽调制, 器件插入损耗为1.33 dB, 消光比为29.13 dB, 工艺误差对器件性能影响较小。该电光调制器尺寸小易于集成, 且具有高消光比, 对硅光子集成器件具有重要意义。

为了提高光通信系统传输容量，提出了一个新型12信道波分-模分-偏振混合复用系统，将波分复用器与模分复用器组合放置，使系统可以适应波分模分混合复用。12个信道的信号通过少模光纤传输，结合恒模算法对输出信号解复用。应用VPI transmission Maker仿真平台，分析了波长间隔、发射机输出功率和激光器线宽对系统性能的影响。仿真结果表明:在信噪比为20 dB，发射机输出功率为0 dBm时，利用2波长6模式，每个模式携带25 Gb/s的数据，在误码率为10-4量级下，实现了25×2×6 Gb/s 偏振复用二进制正交振幅调制(PDM-4QAM)信号10 km无中继传输。

提出了一种新型、紧凑的光子晶体太赫兹(THz)偏振分束器,利用自准直效应实现横电(TE)模和横磁(TM)模的无衍射传输,利用禁带特性实现TE模和TM模的分离。基于平面波展开法和时域有限差分法对太赫兹偏振分束器的性质进行仿真建模分析,结果表明,该偏振分束器在2.9~3.01 THz频率范围内可实现偏振分离;频率为3 THz时,TE模的反射率和TM模的透射率均高于90%,TE模和TM模的消光比分别高达19.9 dB和26.24 dB。此外,与以往的光子晶体太赫兹偏振分束器相比,所提出的偏振分束器设计简单,更易于实现(无需引入缺陷),尺寸更微小(650 μm×650 μm),带宽更宽(2.9~3.01 THz)。

提出了一种基于光子晶体的粗波分-模分混合复用/解复用器，可在光子晶体上实现波分-模分的一体集成.根据时域耦合模理论，该器件采用点缺陷微腔和波长选择反射微腔的结构实现滤波.根据横向耦合模理论，利用非对称平行波导的结构实现模式转换.应用时域有限差分法对其性能进行分析，仿真结果表明，该器件可以实现1550 nmTE0模、1570 nmTE0模、1550 nmTE1模和1570 nmTE1模四个信道信号的复用和解复用，且具有较低的插入损耗(< 0.23 dB)和信道串扰(<-15.21 dB)，该器件在CWDM-MDM中有重要作用，对提升城域网的容量具有重要价值.

提出了一种1550 nm波长的二维正方晶格光子晶体三模式模分复用/解复用器。该器件由两个非对称定向耦合结构组成, 可以实现TE0、TE1和TE2模式的模分复用与解复用。同时为了防止波导耦合处的模式失配问题, 波导耦合处采用了渐变结构。利用时域有限差分法和平面波展开法对其性能进行分析, 结果表明: 该器件在1550 nm波长TE0、TE1和TE2模式的模分复用/解复用的插入损耗低于0.14 dB, 信道串扰低于-20 dB。

设计了一种基于定向耦合结构的光子晶体偏振分束器。该分束器由两个单模波导构成, 通过调节两个单模波导的宽度可以改变耦合长度。利用时域有限差分法进行仿真分析, 结果表明, 在波长1550 nm下TE和TM两种偏振模可以分束, 透射率都达到90%以上, 消光比分别达到22.4 dB和18.2 dB。该光子晶体偏振分束器的尺寸为25.8 μm×13 μm。