雙波段波導(dǎo)光柵耦合器介紹

光柵耦合器（GCs）由于其在芯片表面的任意定位、晶片級(jí)測(cè)試、大對(duì)準(zhǔn)和制造公差等優(yōu)點(diǎn)，可以用于PIC中光纖耦合的I/O接口，還可以用于直接耦合到垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELs）和光電探測(cè)器上，因此，光柵耦合器被廣泛應(yīng)用。

完全垂直耦合的耦合效率為1.4dB，非垂直耦合為0.89 dB的光柵耦合器已在商業(yè)鑄造廠得到證明。然而， 光柵耦合器仍然存在一些缺點(diǎn) 。其中一個(gè)主要缺點(diǎn)是其光****波段 寬小 。

由于光柵衍射的波長(zhǎng)依賴性，在硅光子學(xué)中，通常具有1-dB光波段寬約為30 nm的窄波段寬。然而，對(duì)于某些應(yīng)用，需要更寬的光波段寬。

香港中文大學(xué)近日提出了一種新的在C波段和O波段都適用的波導(dǎo)光柵耦合器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)原理如圖1所示。該器件根據(jù)分別在硅層和多晶硅覆蓋層上形成的兩個(gè)獨(dú)立光柵的初始設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。他們?cè)O(shè)計(jì)了C波段的上層（多晶硅），以及O波段的下層（硅）作為初始優(yōu)化種子。

利用遺傳算法對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化后，光柵耦合器C波段的耦合效率為3.86dB，O波段的耦合效率為4.46dB，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，在C波段的?耦合效率為4.37dB，O波段的?耦合效率為5.8dB。

圖1 雙波段光柵耦合器的原理圖。(a)三維視圖。(b)雙波段光柵耦合器的設(shè)計(jì)步驟。GC1是指為在C波段內(nèi)運(yùn)行而設(shè)計(jì)的均勻光柵耦合器。

GC2是指為在O波段工作而設(shè)計(jì)的均勻光柵耦合器。GC3是指為C波段設(shè)計(jì)的上多晶硅層和為O波段設(shè)計(jì)的下硅層的復(fù)合光柵耦合器。GC4是指以GC3作為初始優(yōu)化種子的最終優(yōu)化的雙波段光柵耦合器[1] 。

圖2 雙波長(zhǎng)光柵耦合器的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和仿真結(jié)果。