研究目的
采用基于梯度优化的策略设计硅光子学应用的宽带光栅耦合器，在无几何约束条件下实现指定目标带宽。
研究成果
逆向设计方法成功制备出宽带光栅耦合器，其3分贝带宽超过100纳米，耦合效率介于-3.0至-5.4分贝之间。实验结果验证了仿真数据，显示出最高达120纳米的带宽（微小偏差源于制造工艺问题）。该方法为硅光子学中的宽带应用提供了灵活方案。
研究不足
该方法可能导致大带宽下光谱出现多个峰值、背向反射增强以及对过蚀刻等制造偏差的敏感性。为提高效率，优化过程可提前终止，且可能需要额外约束条件以确保性能均匀性。
1：实验设计与方法选择：
采用基于梯度的逆向设计方法结合伴随优化技术设计光栅耦合器，包含介电常数连续变化与二值化转换的离散阶段。仿真使用有限差分频域法(FDFD)和有限差分时域法(FDTD)。
2：样品选择与数据来源：
设计基于220纳米绝缘体上硅(SOI)平台，部分刻蚀比例（40%、60%、80%、100%）与目标带宽（40-120纳米）各异。制备器件均采用SOI晶圆。
3：0%、60%、80%、100%）与目标带宽（40-120纳米）各异。制备器件均采用SOI晶圆。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括电子束光刻系统(JEOL JBX-6300FS)、等离子刻蚀机、可调谐连续波光源(Agilent 81989A)、超连续谱光源(Fianium SC400-4)、光谱分析仪、光电探测器、压电控制器、偏振控制器；材料含ZEP-520A光刻胶及SMF-28光纤。
4：4)、光谱分析仪、光电探测器、压电控制器、偏振控制器；材料含ZEP-520A光刻胶及SMF-28光纤。 实验流程与操作规范：
4. 实验流程与操作规范：制备流程包含旋涂光刻胶、电子束曝光、等离子刻蚀、去胶及氢氟酸浸泡。表征采用光纤输入/输出自动对准系统，通过参考光谱测量与耦合效率计算完成。
5：数据分析方法：
通过对比仿真与实测光谱，计算3dB带宽与效率，并利用波导长度变化评估传输损耗。
独家科研数据包，助您复现前沿成果，加速创新突破
获取完整内容-
electron-beam lithography system
JBX-6300FS
JEOL
Used for patterning the grating couplers on the silicon-on-insulator wafer during fabrication.
-
tunable continuous-wave source
81989A
Agilent
Used as a light source for alignment in the characterization setup.
-
supercontinuum source
SC400-4
Fianium
Used for measuring coupling efficiency in the characterization setup.
-
optical spectrum analyzer
Used to record spectra during characterization.
-
photodetector
Used to measure power during alignment and characterization.
-
piezo controller
Used for automated alignment of fibers in the characterization setup.
-
polarization controller
Used to adjust polarization of the light source in the characterization setup.
-
FDTD software
Lumerical
Used for fine discretization simulations to verify device efficiencies.
-
登录查看剩余6件设备及参数对照表
查看全部
