1．目的及意义

1研究目的及意义

随着人们生活水准提高和微纳光电子集成技术的发展，光电子器件的尺寸将越来越小，光互联网络器件面临着高集成度和低能耗等重大挑战。传统微电子技术的发展接近极限，器件的结构尺寸无法摆脱物理因素的限制再进行缩小，这成为了遏制集成电路继续向微型高集成方面发展的一个最主要因素。因此需要开发更小的器件、新的互连方式以满足高密度高速率的数据处理过程。其中超高对比折射率硅波导系统的独特性以及先进的微电子制造技术，基于SOI纳米光子波导的硅光子技术在集成光子学领域中有着广阔的前景。

光栅耦合器是硅光子集成的重要组成器件，通过光栅衍射作用，使衍射光耦合到光波导中进行传。由于采用平面耦合，光栅面与光线面的尺寸大小可以相近，因此根据其周期性结构和衍射原理，可以研究其在特定方向上的耦合效率并进一步缩小尺寸，提高集成度。针对光纤与波导耦合等问题，各国研究机构都提出了不同的解决方案，如楔形模斑转换器、反向楔形耦合器、透镜耦合、棱镜耦合等。 光栅耦合是目前最常用和最有潜力的面耦合方法。波导光栅的主要作用是实现模式之间的耦合。波导光栅耦合器具有平面结构、重量轻、体积小且易于与平板光波导集成等优点。与棱镜耦合器不同，它并不是在全反射状态下工作的。由于光栅一般具有多个衍射级次，如何改善某一行射级次或某一特定方向上的衍射效率是制作与设计中的研究重点。光栅耦合器是光纤通信系统中实现光信号分路/合路的功能器件，是光开关、光波分复用器、偏振模分离器、光调制器和光滤波器等光电子器件的基础。波导光栅耦合器在激光光盘读出头，传感器，光谱分析方面的发展和应用方面都有了很大进展。光栅耦合器在导波光学中具有极高的实用价值，并且在未来的光互连和光信息处理中具有重要的应用。

本文就薄波导的类型、实际应用和耦合方式，分析了超薄波导中的模式分布在优化设计和分析光波导器件方面的重要性。通过Rsoft软件设计一种光栅耦合器并且采用时域有限差分法模拟仿真了设计的光栅耦合器，并对光栅参数（包括光栅周期、占空比、Si波导层厚度等）进行了优化，使耦合器的耦合效率达到最优状态。

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2. 研究的基本内容与方案

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2．1研究的基本内容

学习了解光栅耦合器原理技术以及结构，总结薄波导的应用耦合方法，分析超薄波导中的模式分布。学习Rsoft软件的Fullwave模块，包括画图仿真，参数扫描等功能，根据要求，设计60纳米SOI光波导耦合器的仿真模型，并对耦合器进行参数优化。参数优化通过计算光栅参数与耦合效率的关系，得出最优的参数设定。分析数据，总结规律，讨论未来的趋势和应用。

2．1研究的基本内容

学习了解光栅耦合器原理技术以及结构，总结薄波导的应用耦合方法，分析超薄波导中的模式分布。学习Rsoft软件的Fullwave模块，包括画图仿真，参数扫描等功能，根据要求，设计60纳米SOI光波导耦合器的仿真模型，并对耦合器进行参数优化。参数优化通过计算光栅参数与耦合效率的关系，得出最优的参数设定。分析数据，总结规律，讨论未来的趋势和应用。

2．2设计的目标