7、硅光子波导组件中的偏振控制技术解析

硅光子波导组件中的偏振控制技术解析

1. 零阶阵列波导光栅（AWG）宽带偏振分束器

偏振分束器是基于偏振分集方案的设备中的关键元件，在信号处理、网络监控、偏振传感、成像和数据存储等领域有广泛应用。以往报道的波导偏振分束器，如Y分支、多模干涉耦合器、定向耦合器、马赫 - 曾德尔干涉仪和AWG等，在制造公差、工作带宽或集成密度方面存在局限性。

Ye等人展示了一种零阶AWG偏振分束器，其利用应力诱导效应在选定的波导区域产生高双折射。具体操作是在阵列波导部分放置一个三角形的氧化物包层，相邻波导之间有恒定的长度增量ΔL。包层中的应力会在波导阵列中传播的光中引起与偏振相关的相位差，导致平板波导组合器区域中光的波前发生与偏振相关的倾斜。由于所有波导的物理长度相同，阵列部分相邻波导中光传播的相位差仅取决于包层应力引起的折射率变化和长度增量。对于硅波导，TE和TM偏振模式中应力引起的折射率变化符号相反，因此这两种模式在聚焦区域相对于组合器中心线向相反方向发生空间位移。通过沿组合器焦平面正确放置两个接收波导，就可以实现两种偏振的空间分离。

这种分束器在SOI晶圆上制造，硅层厚度为2.2μm，整体器件尺寸约为12mm×4mm，沉积的氧化物包层膜厚度为1μm，测得的包层膜应力约为 - 340MPa。由于应力诱导效应随波长变化不明显，且AWG在零阶附近工作，该分束器在大带宽范围内性能与波长无关，实验也证实了这一点。在所用激光的全调谐范围（1465 - 1580nm）内，偏振分束器的消光比对于两种输出偏振都优于 - 10dB。在1537 - 1557nm波长范围内，分束器的消光比小于 - 15dB，最高测得消光比为 - 20dB。类似的双折射修改方法也应用于马赫 - 曾德尔干涉仪配置中，以形成偏振分束器和滤