【摘 要】
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为实现单模光纤与锗硅材料器件的垂直耦合并提高耦合效率，本文提出了一种锗硅光栅耦合器。通过在硅衬底上增加金属反射层来提高光栅的耦合效率，并利用时域有限差分法（FDTD）仿真软件对锗硅光栅的刻蚀深度、刻蚀槽宽和光栅周期等结构进行了优化。分析了有无金属反射层时的功率和电场分布情况，计算了光栅耦合效率。仿真结果表明，在最佳工作波长为1466nm处，有金属反射层均匀光栅得到的光栅最大耦合效率为-1.34dB
【基金项目】
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国家自然科学基金（61875063）； 湖北省重点研发计划项目（2021BAA002）； 邵阳市科技计划项目（2021004ZD）；
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为实现单模光纤与锗硅材料器件的垂直耦合并提高耦合效率，本文提出了一种锗硅光栅耦合器。通过在硅衬底上增加金属反射层来提高光栅的耦合效率，并利用时域有限差分法（FDTD）仿真软件对锗硅光栅的刻蚀深度、刻蚀槽宽和光栅周期等结构进行了优化。分析了有无金属反射层时的功率和电场分布情况，计算了光栅耦合效率。仿真结果表明，在最佳工作波长为1466nm处，有金属反射层均匀光栅得到的光栅最大耦合效率为-1.34dB，相比无金属反射层光栅，最大耦合效率提高了9.4 dB，并且光在波导中的定向性得到了明显的改善。另外，为进一步提高耦合效率，在均匀光栅的基础上仿真设计了两步变迹光栅，相比均匀光栅最大耦合效率提高了0.55 dB。同时对耦合光栅中的金属层厚度、锗硅材料折射率和光栅尺寸三个方面行了工艺容差分析，结果表明所设计的耦合光栅对工艺偏差具有较高的容忍度。最后制作了锗硅耦合光栅器件，测试结果表明，在工作波长为1465nm处获得-2.7 dB的最大耦合效率。
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