基于SOI纳米光栅耦合器的高效耦合与增透膜优化

本文档深入探讨了基于硅基光子集成(SOI)的垂直纳米光栅耦合器的理论研究与实际测试方法。光栅耦合器是光电子技术中至关重要的元件，它负责在光通信和传感器应用中实现光信号与硅基电路的高效接口。作者详细地研究了光栅的各种参数，包括占空比（也就是刻槽深度与平坦部分的比例），对其耦合效率的影响进行了系统性的分析。 特别关注的是，当占空比设定为1:1时，作者发现随着光栅槽深的变化，耦合效率有所变化。通过理论模拟，他们发现对于波长为1550纳米的光，当入射角为10°时，光栅耦合效率达到最高。这表明优化的入射角度和工作波长对于提高耦合效率至关重要。 此外，文中提到了通过在光栅表面添加增透膜可以显著提升耦合效率。增透膜的作用在于减少输入光的端面反射以及波导表面散射，从而增强输出光的功率，理论上可以将耦合效率提升至76%以上。这是一项关键的技术改进，对于减小信号损失，提高系统整体性能具有重要意义。 作者还采用聚焦离子束(FIB)工艺在10微米宽的硅波导上精确制造纳米光栅结构，确保了高精度的器件制作。这种精细的制造技术是实现高性能光栅耦合器的关键步骤。 这篇论文不仅提供了关于垂直纳米光栅耦合器设计的理论依据，还展示了如何通过实验验证和优化技术手段来提升其实际性能。这对于硅光子集成技术的发展，特别是光通信、光探测和光学信号处理等领域都有着重要的实践指导价值。