700nm SNOI光栅耦合器：高效紧凑的集成光学组件

"这篇研究论文详细介绍了在700纳米厚的绝缘体上氮化硅（SNOI）带状波导中使用的紧凑型光栅耦合器设计与实现。氮化硅因其宽带几乎零展平的色散特性，在非线性光学应用中具有重要地位。文章提出了一种结合聚焦光栅结构和反锥度设计的光栅耦合器，旨在减少占用面积，提高耦合效率。这种耦合器的尺寸缩小到70.2微米×19.7微米，峰值耦合效率达到-3.7分贝，1分贝带宽为54纳米。制造过程与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，只需要额外的一个蚀刻步骤。" 这篇研究论文探讨了集成光学领域中的关键组件——光栅耦合器在700纳米氮化硅带状波导中的应用。随着信息时代的快速发展，光子集成电路（PICs）在芯片内互连和光学通信等领域有着广泛的需求。传统的硅-on-insulator（SOI）平台是实现这些应用的首选，但700纳米厚的SNOI因其独特的光学性质，如宽带几乎零展平的色散，成为了非线性光学应用的理想材料。 文中提出的光栅耦合器设计创新地采用了聚焦光栅结构，这种结构可以有效引导和集中光束，同时结合了反锥度技术，以减小器件的物理尺寸。这种小型化设计对于集成光学设备至关重要，因为它允许更多的功能组件在有限的空间内集成。经过优化，该耦合器的占地面积仅为70.2微米乘以19.7微米，大大节省了空间。 耦合效率是衡量光栅耦合器性能的关键指标，该耦合器的峰值耦合效率达到了-3.7分贝，这意味着在特定波长下，大部分入射光能有效地耦合进波导。1分贝带宽为54纳米，表示在这一范围内，耦合效率保持在优于-1分贝的水平，确保了宽谱范围内的高效操作。 为了适应大规模集成的生产需求，设计的制造过程必须与现有的半导体工艺相兼容。论文指出，所提出的光栅耦合器只需要一个额外的蚀刻步骤就能与CMOS工艺结合，这显著降低了制造复杂性和成本。 这项研究为氮化硅基集成光子学提供了新的设计思路，通过优化光栅耦合器的结构和制造工艺，实现了高效率、小体积的器件，为未来高性能、低成本的光子集成电路开发铺平了道路。这一成果对于推进光通信、光计算以及量子信息处理等领域的技术进步具有重要意义。