高性能非均匀二维光栅耦合器的研究
电子工程学院
随着数据需求的增加，传统的电互连面临着带宽扩展、传输延迟、损耗控制和信噪比提升等挑战。硅基光子器件作为一种优秀的解决方案，利用光传输信号，具有快速传播、低能耗、信号不易畸变和制作工艺可行性强等优势。然而，硅基光子集成芯片在光信号的输入和输出方面仍存在问题，特别是硅作为间接带隙材料的发光效率尚未满足实用要求。现有技术往往需要引入外部光源，导致光子集成芯片需要光耦合结构实现信号的输入和输出。光栅耦合器作为一种常用耦合方式，利用片上光波导的垂直衍射光场实现光信号的输入或输出，具有易于测试、不需要额外处理和无严格空间限制等优点，成为硅基光子集成领域的研究热点。然而，现有的光栅耦合器普遍存在耦合效率低、工作波长带宽窄和偏振相关损耗大等问题。一维光栅耦合器由于结构限制，偏振相关性强，导致偏振相关损耗较大。相比之下，二维光栅耦合器结构优越，能够将任意偏振状态耦合到光子集成电路中，极大地降低偏振相关损耗，具有广阔的研发和应用前景，但面临耦合效率和工作带宽的挑战。
本项目旨在设计一种具有高耦合效率、宽工作带宽和低偏振相关损耗的非均匀二维光栅耦合器，并通过现有代工厂MPW工艺条件提升其性能，并将其纳入元器件库，推动光栅耦合器朝着实用化方向快速发展，并成为硅基光子集成领域不可或缺的关键单元。这将为满足日益增长的数据传输需求提供重要技术支持，促进光子集成芯片的发展，以构建新一代高性能信息系统和网络。
