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研究生:黃建豪
研究生(外文):Chien-Hao Huang
論文名稱:利用鍺奈米條於斜向次波長光柵結構上之極化分離器
論文名稱(外文):Design of a compact polarization beam splitter based on tilted subwavelength grating using germanium nano-ribs
指導教授:黃家健黃家健引用關係
指導教授(外文):Chia-Chien Huang
口試委員:陳惠玉洪玉珠
口試委員(外文):Hui-Yu ChenYu-Ju Hung
口試日期:2019-07-31
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:物理學系所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:30
中文關鍵詞:積體光學極化分離器次波長光柵多模態干涉
外文關鍵詞:photonic integrated circuitpolarization beam splitterssubwavelength gratingmulti mode interference
相關次數:
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本論文利用多模態干涉於各向異性材料上之分光特性,以傾斜的次波長光柵結構來模擬等效於各向異性材料的雙折射,使用絕緣體上的矽晶體(silicon-on-insulator,SOI)建構出適合的多模態干涉長度達到有效的極化分光,並嘗試加入四種不同結構的鍺奈米條進一步縮短結構長度。最終使用嵌入式的鍺奈米條達到多模態干涉區的長度L_MMI縮短至66.94μm,同時維持損耗控制在〖IL〗^TM=-1.90,〖IL〗^TE=-1.08,並達分光〖ER〗^TM=11.92,〖ER〗^TE=11.20。
In this study we design a polarization beam splitter (PBS) based on anisotropy-engineered . To control over the birefringence and the anisotropy of the equivalent metamaterial , the SWG segments in the multimode region are tilted by an angle θ with respect to the transversal direction . With a silicon-on-insulator (SOI) platform, this PBS will have a smaller size combined with four types of structures using germanium nano-ribs . Finally, one of the proposed structure achieves a compact device , with the multimode region length L_MMI=66.94μm while maintaining 〖IL〗^TM=-1.90 〖IL〗^TE=-1.08 and 〖ER〗^TM=11.92 〖ER〗^TE=11.20.
目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 iv
第一章 前言 1
1.1 緒論 1
第二章 基本原理 3
2.1 電磁波的性質 3
2.2 橫向模態(Transverse Mode) 4
2.3 極化分離器的品質 5
2.4 多模態干涉(Multi-mode Interfrence,MMI)[1] 6
2.5 次波長光柵(Sub-Wavelength Grathing,SWG)[3][4] 10
2.6 斜向次波長光柵(Tilted Subwavelength Grating,TSWG)[4][5] 13
2.7 輸出端口的Y型波導(Y-junction)[6] 16
第三章 TSWG極化分離器之設計與模擬 17
3.1 TSWG極化分離器結構[7] 17
3.2 TSWG加入鍺奈米條結構(Germanium nano-ribs)的四種結構 20
3.3 TSWG with Ge nano-rib結構A 22
3.4 TSWG with Ge nano-rib結構B 23
3.5 TSWG with Ge nano-rib結構C 24
3.6 TSWG with Ge nano-rib結構D 25
3.7 TSWG結構D的製造容忍度 27
第四章 結論 28
第五章 參考資料 29
[1]. L.B. Soldano , E.C.M. Pennings, “Optical multi-mode interference devices
based on self-imaging: principles and applications”, Journal of Lightwave
Technology, vol. 13, no. 4, pp. 615–627, Apr. 1995.
[2]. G. L. Pedrola, Beam propagation method for design of optical waveguide devices, John Wiley & Sons, Ltd, pp.239, 2016.
[3]. R. Halir, P. Cheben, J. M. Luque-González, J. D. Sarmiento-Merenguel, J. H.
Schmid, G. Wangüemert-Pérez, Dan-Xia Xu, S. Wang, A. Ortega-Monux, Í. Molina-Fernández, “Ultra-broadband nanophotonic beamsplitter using an anisotropic sub-wavelength metamaterial”, Laser Photonics, rev. 10, no. 6, pp. 1039–1046, Nov. 2016.
[4]. J. M. Luque-González, A. Herrero-Bermello, A. Ortega-Moñux, Í. Molina-Fernández, A. V. Velasco, P. Cheben, J. H. Schmid, S. Wang, R. Halir, “Tilted subwavelength gratings: controlling anisotropy in metamaterial nanophotonic waveguides”, Optics Letters, vol. 43, no. 19, pp. 4691–4694, Oct. 2018.
[5]. R. Halir, A. Herrero-Bermello, J. M. Luque-González, A. Ortega-Moñux, G. Wangüemert-Pérez, A. V. Velasco, J. H. Schmid, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, “Designing anisotropy with waveguide subwavelength structures”, ICTON 2018, International conference on transparent optical networks, Jul. 2018.
[6]. D. González-Andrade, J. G. Wangüemert-Pérez, A. V. Velasco, A. Ortega-Moñux, A. Herrero-Bermello, Í. Molina-Fernández, R. Halir, P. Cheben, “Ultra-broadband mode converter and multiplexer based on sub-wavelength structures”, IEEE Photonics Journal, vol. 10, no. 2, Apr 2018, Art. no. 2201010.
[7]. A. Herrero-Bermello, J. M. Luque-González, A. V. Velasco, A. Ortega-Moñux, P. Cheben, R. Halir, “Design of a broadband polarization splitter based on anisotropy-engineered tilted subwavelength gratings”, IEEE Photonics Journal, vol. 11, no. 3, Jun. 2019, Art. no. 6601508
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