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多模干涉型非互易器件研究

陶栋杰  
【摘要】: 磁光器件在当今日益发展的光通信系统和器件中具有十分重要的作用,特别是磁光材料特有的非互易特性。很多关于集成磁光光学及其应用器件,包括磁光隔离器,环路器等,相继被报道。 目前已报道磁光器件主要基于以下几类原理:(1)模式转换型,但这类器件需要TE-TM模式精确的相位匹配,制作容差小。(2)非互易损耗型(NRL),但这类器件需要与MQW材料结合,制作较复杂。(3)非互易相移型(NPS)。基于NPS的多模干涉(MMI)结构具有以下优点:无须精确的相位匹配,结构紧凑,且制作工艺简单。2000年,O.Zhuromskyy等人在磁畴结构上第一次分析了对TE模隔离的MMI型隔离器;2005年,J.S.Yang等人第一次在InP衬底上制作出MMI型隔离器,但隔离度只有2.9dB。 本论文基于对非互易多模干涉特性的研究,利用非对称结构激励对称模与反对称模的相位关系,提出了一种对TM模式隔离,结构简单、紧缩型的非对称多模干涉型隔离器。BEAMPROP等效模拟的隔离度达到27dB,插入损耗为2.4dB。器件以Si为基片,采用Air/Ce:YIG/SiO_2结构,这种器件结构简单、易制作,且有利于与其他光电器件集成。 论文还对偏振无关型MMI隔离器的几种结构进行了分析。磁畴结构的非互易相移远大于普通结构,但工艺较难实现;而在磁光波导侧边增加一个高折射率区,会导致模场分布的不均匀,可以达到对TE/TM模式相等的非互易相移,实现偏振无关隔离的作用。 根据磁光材料MMI非互易的特点,提出了一种“波导型非互易光分束器件”的设想(已提交国家发明专利,申请号200610050282)。与传统的介质波导型1×2光分束器件不同,波导型非互易光分束器件可以实现在正向传输时为1×2的均分束器件,而反向传输时为无损耗的1×1或2×1的合束器件。若能实现,可大大减少如光纤到户(FTTH)工程应用中上载信号的损耗,并且该器件具有结构紧凑,集成度高的特点,将在光通信领域以及光子集成系统中具有重要的应用价值。 此外,对45度块状YIG材料的非互易特性进行了测试,实验测得其温度、波长依赖性都在允许的误差范围内,且通信波段的透过率超过60%;在磁光波导制作方面,也进行了探索和实验,采用溅射方法初步研制了磁光波导,为下一步的工作打下了良好的基础。


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