研究目的
提出并实验验证两种采用互补金属氧化物半导体兼容光子工艺制造的硅基四光电探测器（4PD）振幅分光偏振计（4PD-DOAP），旨在减少光学元件数量，并在噪声环境下实现能最小化且均衡估计方差的优化测量框架。
研究成果
该研究展示了两种采用最少功率检测的超高紧凑型全斯托克斯偏振仪，在条件数和估计方差方面均进行了优化。所提出的最优4PD-DOAP分析矩阵架构首次在光子集成电路中实现了最小条件数与泊松散粒噪声均衡。测量结果与台式商用仪器高度吻合，表明其在集成偏振仪领域具有更广泛的应用潜力。
研究不足
实验装置的振动导致强度测量产生约0.8分贝的相对误差，进而造成偏振态测量的均方根误差较大。设备未进行封装，这本可能降低误差。
1：实验设计与方法选择：
本研究设计了两款硅基光子4PD-DOAP器件，一款旨在最小化光学元件数量，另一款则实现最优测量框架。设计方案基于CMOS兼容的光子制造工艺。
2：样品选择与数据来源：
器件采用商用CMOS兼容SOI工艺通过电子束光刻制备。实验装置包含可调谐激光器、偏振片、半波片、四分之一波片及片外光电探测器。
3：实验设备与材料清单：
设备包括可调谐激光器、偏振片、半波片、四分之一波片、步进电机旋转装置及片外光电探测器；材料为标准220纳米厚绝缘体上硅晶圆。
4：实验流程与操作步骤：
实验装置通过产生线偏振光，利用偏振片、半波片和四分之一波片控制偏振态，并采用片外光电探测器测量片上偏振仪的输出端口。
5：数据分析方法：
通过将测量结果与输入偏振态进行对比，并基于条件数和估计方差评估器件性能。
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polarizer
650–2000 nm
Thorlabs
Controlling the state of polarization of the light beam.
-
half-wave plate
1550 nm
Thorlabs
Adjusting the polarization state of the light beam.
-
quarter-wave plate
1550 nm
Thorlabs
Adjusting the polarization state of the light beam.
-
stepper motor rotations
K10CR1/M
Thorlabs
Controlling the angles of the half-wave plate and quarter-wave plate.
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tunable laser
Generating linearly polarized light for the experimental setup.
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photodetectors
Measuring the output ports of the on-chip polarimeter.
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