硅光学习-7-硅光波导的简单应用-无源器件

一、无源器件：

最简单的无源器件是分支器。各种分支器件，如Y型分支器和多模干涉（MMI）分支器，已经用硅波导提出并制造出来。图1展示了使用MMI分支实现的多级分支。MMI分支单元的尺寸不超过3μm，波导可以弯曲光至微米级半径，因此在小面积内配置多级分支非常容易。图1b显示了每个输出端口的级联MMI分支的透射率。透射率随分支阶数线性下降。换句话说，每一级的分支制造工艺都很稳定。

图1、（a）MMI级联分支和（b）其传输特性

此外，还利用超紧凑的硅波导弯曲部件开发了add/drop波长滤波器。各种基于环形谐振器的滤波器已被开发出来。单个谐振器非常紧凑，适合高密度集成；然而，如上一节所示，单个微环谐振器存在洛伦兹谐振特性，不适合通信应用所要求的平坦通带滤波器。为了实现平坦通带，开发了级联环形谐振器。

图2、级联微环谐振器输出响应[1]

复杂的波长滤波器，如AWG滤波器和晶格滤波器（lattice filter），也已开发出来。图3a展示了一张晶格滤波器的照片。在这些滤波器中，通过应用各种优化技术，如切趾法（apodization），可以精细调节通带光谱。如图3所示，在对定向耦合器中的耦合系数进行衰减的晶格滤波器中，相邻信道串扰降低到−20dB左右。

图3、(a)晶格滤波器部分的SEM照片和(b)测量的drop端光谱

波长偏移和偏振相关性是这些波长滤波器实际应用中的严重障碍，如前几节所示，硅光波导的有效折射率对波导尺寸的几何误差极其敏感。同时也对环境温度很敏感。一般需要通过额外的温度控制或载流子注入来调整波导折射率，以将通带稳定在固定的波长上。

此外，如之前所述，波导结构双折射对波导几何形状非常敏感，几乎不可能消除基于硅光波导无源器件的偏振相关性。解决偏振相关性的实用方案是偏振分集，其详细内容之前也有提及。