硅基二氧化硅偏振分束器的误差分析与优化设计

"该文设计了一种基于非对称臂马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构的硅基二氧化硅偏振分束器(PBS)，在1535～1565 nm波长范围内，具有超过20 dB的偏振消光比和小于-0.5 dB的插入损耗。通过有限差分-束传播法(FD-BPM)进行误差分析，研究了多模波导宽度、长度以及非对称臂宽度、长度误差对PBS性能的影响。结果显示，保持偏振分束器性能的关键在于控制波导尺寸的精度，特别是非对称臂宽度的精度，宽臂和窄臂的宽度误差分别需小于±4 nm和±2.5 nm。为了应对这一高精度要求，提出了利用热光效应调整波导折射率以补偿尺寸变化带来的相位误差，以实现高性能硅基二氧化硅偏振分束器的制备。" 本文详细探讨了硅基二氧化硅偏振分束器的设计及其误差分析。偏振分束器是光学通信系统中的重要元件，用于分离光信号中的不同偏振态。在本文中，作者设计了一种非对称臂的MZI结构，这种设计能够在特定波长范围内提供优异的偏振分束效果。MZI由两个相互垂直的多模波导构成，非对称臂的设计是为了实现偏振选择性。 误差分析部分，利用FD-BPM方法模拟了波导尺寸误差对偏振分束器性能的影响。研究发现，多模波导的长度误差小于±2 μm，非对称臂长度误差小于±4 μm时，PBS的消光比和插入损耗可以保持稳定。然而，对偏振消光比有决定性影响的是波导宽度的精度，多模波导宽度需控制在±500 nm以内，而非对称臂宽度误差必须非常小，宽臂小于±4 nm，窄臂小于±2.5 nm。这些严格的尺寸要求表明，制造过程中的精确控制至关重要。 为了克服这一挑战，作者提出利用热光效应作为补偿机制。热光效应是指材料的折射率随温度变化的现象，可以通过加热波导来调整其相位，从而补偿因制造误差导致的相位失配。这种方法有望提高实际制备的硅基二氧化硅偏振分束器的性能，使其满足高精度应用的需求。 总结来说，这篇论文不仅介绍了硅基二氧化硅偏振分束器的一种新型设计，还对其制造过程中的关键参数进行了深入的误差分析，并提出了解决精度问题的策略，对于推进硅光子技术的发展具有重要的理论和实践意义。