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  • 極短之寬頻電漿波導極化分離器
    上傳日期:2016-02-03

    黃家健教授與碩士生張根維提出一個目前最短且可操作在極寬頻帶的極化分離器 (Polarization Beam Splitter, PBS),毋須像常見的PBS需要一段額外耦合長度,此新穎設計是利用複合式混合電漿波導結構同時分離TE與TM模態,這是目前最短的極化分離器 (長度僅為920nm,而目前文獻提出的極化分離器都大於2μm),於此尺寸下,TE與TM模態的極化消光比 (PER) 分別可達到19dB與18dB,而插入損耗 (IL) 則分別為0.6dB與0.3dB,在此性能下,操作頻寬更可達400nm (從波長1.3μm到1.7μm),利用本研究所提出的PBS有利於實現高密度的光積體電路,此研究成果已發表在2016年1月20日的Nature子期刊 Scientific Reports, 6, 19609




            為了滿足與日俱增的光纖通訊頻寬需求,極化多工器 (Polarization Division Multiplexing, PDM) 在晶片尺度上扮演一個處理光訊號的重要角色,而用以分離TE與TM模態的極化分離器 (Polarization Beam Splitter, PBS) 則是當中最重要的元件,由於此元件可獨立傳輸光訊號,因此使得傳輸頻寬可加倍,而評估極化分離器的性能包括元件尺寸、極化消光比 (Polarization Extinction Ratio, PER)、插入損耗 (Insertion Loss, IL)、操作頻寬、製作的誤差容忍度與結構的複雜度,在足夠高的極化消光比與夠小的插入損耗之要求下,若能使元件明顯地縮小,對於實現下一世代之高密度光積體電路而言,將是非常重要的進展。

           在本研究中,黃家健教授與碩士生張根維提出一個目前最短且可操作在極寬頻帶的極化分離器 (Polarization Beam Splitter, PBS),此新穎的設計是於垂直方向製作兩個混合電漿波導結構,此結構分成兩部分,下方的彎曲波導提供TE模態轉彎,而上方的直波導提供TM模態傳播,進而有效地分離 TE與TM電漿波導模態,不像常見PBS還需要一段耦合長度,因此我們提出的PBS是目前尺寸上最小的 (長度僅為920nm,目前為止文獻中所提出的PBS都大於2μm),元件的完整尺寸是長920nm、寬920nm、高455nm,而TE與TM模態的PER分別可達到19dB與18dB,而IL則分別為0.6dB與0.3dB,在此性能下,操作頻寬更可達400nm (從波長 = 1.3μm到1.7μm),此外,對於製程上的容忍度方面,在20nm的製程誤差時,PER的誤差值都在1dB內,而這兩個模態的模態面積更可縮至繞射極限面積的1%,若PER的性能要求15dB,則此元件的尺寸更可縮小至長620nm、寬620nm、高455nm,有鑑於此,利用本研究所提出的PBS有利於實現高密度的光積體電路,本研究成果已發表在2016年1月20日的Nature子期刊−Scientific Reports, 6, 19609