《基於混合電漿波導的矽基集成偏振控制器件研究》是依託北京大學，由周治平擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於混合電漿波導的矽基集成偏振控制器件研究
- 項目負責人：周治平
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矽基光電子是突破後摩爾時代微電子技術困境的最有效方案之一。而偏振控制是矽基光電子迴路長久以來的難題，特別是偏振旋轉等關鍵器件，尚無很好的解決方案。本項目提出混合等離子波導與矽波導耦合結構，創新性的引入金屬材料，與傳統的基於矽波導的偏振旋轉器相比，引入新的調控機制，大大增加了調控能力，增強交叉偏振耦合強度。本項目將圍繞交叉偏振耦合理論與金屬對混合等離子波導中模式偏振特性與色散特性影響機理兩大關鍵問題，首次提出完備的物理模型與研究方法，在此基礎上設計並實驗製備、測試具有超小尺寸、高偏振轉化率、高工藝可行性的集成偏振旋轉器。並以此為基礎，提出高集成度的新型偏振旋轉/分束器，和時域控制的有源偏振調製器。為矽基光電子集成中的偏振問題提供新的有效解決方案，並對表面等離子與介質器件混合集成提供依據與指導，具有重要理論價值和廣泛的套用意義。
結題摘要
項目背景：偏振控制是矽基光電子技術中非常關鍵且極具挑戰的問題。偏振相關損耗、偏振色散等問題嚴重製約了器件性能。傳統介質結構雙折射效應較弱，導致集成偏振控制器件的尺寸較大、消光比低或者結構極其複雜。如何實現超小尺寸、高性能的矽基集成偏振控制器是一個急需解決的重要問題。表面電漿激元是一種存在於金屬與介質界面的橫磁波，具有納米尺度光場限制能力和天然的偏振敏感性。其獨特的性能為實現超小型集成偏振控制器件帶來新的希望。 主要研究內容：本項目圍繞片上偏振控制問題，研究混合表面電漿波導與介質波導所支持的光學模式特點上的相似相異性，探索新的調控機理，完成片上集成偏振控制器件的設計、製備和測試。 重要結果：提出了兩種片上偏振控制解決方案：1、引入偏振多樣性系統，其中偏振分束器，偏振旋轉器，偏振旋轉分束器是該系統的核心器件；2、利用起偏器直接濾除不需要的偏振態。 關鍵數據：首次提出並實驗實現了基於模式相干原理的片上表面電漿偏振旋轉器。器件長度僅為2.5μm，實驗測得偏振旋轉效率高達99.2%。基於彎曲表面電漿波導的偏振分束器TM模式和TE模式的消光比分別為25.2dB和29.5dB。插入損耗僅為0.2dB和0.035dB，器件的尺寸僅為8.1μm×2.6μm。基於交叉耦合原理的超小型偏振旋轉分束器TM模式和TE模式的消光比分別為50.9 dB和28.2 dB，對應的插入損耗為1.545dB and 0.037dB，偏振轉化效率高達99.4%。器件的耦合長度僅為7.7μm，是目前已知最小的偏振旋轉分束器。超低損耗表面電漿光柵型TM模式起偏器消光比為25.6dB，長度僅2.5μm，插入損耗僅為0.088dB。設計並實驗實現了大對準容差，高消光比TE模式起偏器。器件長度為6 μm，實驗測得消光比高達32.6dB，插入損耗為4.7dB。 科學意義：探索了利用表面電漿天然的偏振敏感性和納米尺度光場限制能力來解決片上偏振控制問題的可能。研究了混合表面電漿參與下的偏振控制機理。為超小尺寸、高性能片上偏振控制器的實現提供了理論指導和實驗依據。
