21、CMOS光子学：光电集成平台的探索与实践

CMOS光子学：光电集成平台的探索与实践

1. 偏振模式分离与设计选择

在光信号处理中，偏振模式的处理至关重要。传统方法是先在单个波导中混合偏振模式，再在芯片内部分离处理。而新的方法是，光一进入芯片，两个正交偏振就会在空间上分离。并且，两个波导都以相同的基本横向电（TE）偏振模式传输光信号，而非一个波导为TE模式，另一个为横向磁（TM）模式。

1.1 实验设计法进行设计选择

在确定器件概念后，下一步是在给定工艺中优化器件。无论是像波导这样相对简单的库元件，还是像偏振敏感光栅耦合器（PSGC）这样复杂的元件，都可以用一些参数或因素来描述，这些因素决定了器件的响应。这些因素可由设计、工艺或环境条件定义。

例如，PSGC的一些设计参数包括光栅中散射元件的数量、它们在平面中的位置、输入波导的宽度、喇叭的角度，以及光栅与输入波导的距离。工艺因素可以是硅膜的厚度和折射率，以及耦合器上方后端电介质的厚度和折射率。此外，还有环境参数，如连接到芯片的光纤角度或芯片温度。

确定所有因素后，定义器件响应参数，这些参数能全面描述特定器件的性能。对于PSGC，响应是传输效率随波长和入射到光栅的光偏振的变化。可以通过定义光谱的参数化版本来简化这组响应，例如用峰值波长、最小损耗、1 dB带宽和偏振相关损耗来描述光谱。

PSGC可以看作一个黑匣子，输入因素转化为响应。每个因素都可能变化，可通过设计或布局更改、工艺中的自然变化、有意的工艺改变或环境条件的变化来实现。

为了量化每个因素对每个响应的影响，可以使用实验设计（DOE）方法。这种系统的方法能消除在处理像PSGC这样相对复杂设计时的两大障碍。避免分别为参数寻找理想值的方法，因