太赫兹波段的taper型多模干涉耦合器

张宏祥，谢静雅

（上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

引 言

多模干涉耦合器的自映像理论最早可以追溯到1836年Tabolt提出的自成像现象[1]。1973年，Bryngdahl[2]首次提出了在平面介质波导中实现自映像的可能性。随后，Ulrich等[3]用模式分析法首次解释了多模干涉的成像原理与规律。Bachmann等[4]给出了基于N×N多模干涉器的自映像理论。Lucas等[5]设计出基于多模干涉自成像原理的理论模型。近年来，关于低损耗，小型化的多模干涉耦合器的报道也越来越多[6-8]。2009年，Jiao等[9]提出了一种基于级联多模干涉（multimode interference, MMI）波导结构的偏振分束器，该偏振分束器为条形波导结构，其下包层为二氧化硅材料，可以实现TE/TM波的偏振分束输出。但该偏振分束不可对偏振态进行动态调控，并且存在光损耗较大、器件尺寸较大且不易于集成等缺点。

2012年，上海微系统所Sheng等模拟仿真了不同宽度的低损耗多模干涉器，并在实验测试中得到在1 530～1 570 nm波段的损耗低于0.1 dB的器件，该器件的大小只有3.6 μm×11.5 μm[10]。2013年，Zhou等设计出了基于绝缘体上硅的不同宽度的1×2的3 dB多模干涉耦合器[11-13]。

矩形MMI耦合器已有大量的研究成果，然而随着多模干涉区宽度的增加，MMI耦合器的长度会迅速增加，而集成光学的快速发展对器件的集成性要求也越来越高，Taper型MMI耦合器相对于传统的矩形MMI耦合器能有效地解决该问题。目前，多模干涉耦合器主要应用在通信等频段，并且是基于成熟的半导体加工工艺平台实现的。本文提出在太赫兹波段利用高阻硅（材料折射率为3.42）实现多模干涉耦合器，其中taper型在本文中指的是非矩形、逐渐变窄的结构，如椭圆形、抛物线型、锥型。……