楊俊波，周 唯，張華良，吳聞軍，黃 杰，陳丁博，張晶晶，韓云鑫

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

硅基波導(dǎo)光柵耦合器件的測(cè)試與分析

楊俊波，周 唯，張華良，吳聞軍，黃 杰，陳丁博，張晶晶，韓云鑫

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

本文利用光纖-波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)微納光子器件-亞波長(zhǎng)光柵耦合器和波導(dǎo)進(jìn)行測(cè)試；該測(cè)試系統(tǒng)具有50nm的調(diào)節(jié)精度，x、y和z三方向六軸自由度，并且能夠控制信號(hào)光的入射角度；該系統(tǒng)包括：可調(diào)諧激光器、偏振控制器、拉錐光纖、微動(dòng)調(diào)整平臺(tái)、顯微系統(tǒng)、紅外相機(jī)和光功率計(jì)等；通過手動(dòng)微調(diào)和精確對(duì)位，能夠?qū)ξ⒓{器件的耦合效率和插入損耗等性能進(jìn)行測(cè)試；硅基波導(dǎo)光柵耦合器件的測(cè)試與分析對(duì)微納光電子器件的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，能夠廣泛應(yīng)用于光通信和光信息處理領(lǐng)域。

光纖-波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)；光波導(dǎo)；SOI；串?dāng)_；插入損耗

微納光電子器件廣泛應(yīng)用于光通信和光信息處理領(lǐng)域[1-5]，通過周期性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改變或影響材料和結(jié)構(gòu)的有效折射率、介電常數(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁場(chǎng)和光信號(hào)的調(diào)制和控制，從而具有一些非常特殊的功能，包括：光束偏折、衍射控制、反常色散、負(fù)折射、光束延遲、慢光效應(yīng)等[6-12]。因此，在光通信、高性能計(jì)算、航空航天、軍事、傳感、醫(yī)藥檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)控等方面具有重要的應(yīng)用[13-20]。

微納光電子器件的檢測(cè)和分析對(duì)于器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要的作用，如何能夠?qū)ζ骷脑O(shè)計(jì)參數(shù)和性能進(jìn)行檢測(cè)也是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作。本文利用光纖-波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)亞波長(zhǎng)光柵耦合器和波導(dǎo)器件進(jìn)行測(cè)試與分析，對(duì)測(cè)試流程和分析方法進(jìn)行詳細(xì)的討論和研究，并總結(jié)出通用的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)。該工作對(duì)于微納光電子器件的設(shè)計(jì)、制作和測(cè)試分析具有重要的指導(dǎo)意義和幫助。

1 測(cè)試平臺(tái)簡(jiǎn)介

光纖-波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為以下幾部分：

(1) AQ2201型可調(diào)式激光光源，其光源波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍為：1 440～1 640 nm。

(2) TXP5004型偏振控制器(即起偏器)，可對(duì)激光光源的偏振態(tài)進(jìn)行控制，具體調(diào)節(jié)過程需通過外接電腦的TXP_EXPLORER軟件完成。

(3) 垂直觀測(cè)CCD調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在上下、左右、里外和x-z平面內(nèi)的傾角四個(gè)維度上進(jìn)行調(diào)節(jié)，該CCD鏡頭具有0～4.5倍的放大倍數(shù)，可自由調(diào)節(jié)，并且在其末端有一LED照明光源。

(4)水平光纖夾調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由圖1 中所示的4′、4″、4?組成，其分別為三維調(diào)節(jié)平臺(tái)、機(jī)步電機(jī)和控制器。該系統(tǒng)所夾光纖為拉錐光纖。該系統(tǒng)可以在上下、左右和里外三個(gè)維度上進(jìn)行調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)過程由步進(jìn)電機(jī)控制，其最小調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為50 nm。

(5) 載物臺(tái)，用于放置SOI基片。

(6) 垂直光纖夾調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在上下、左右、里外和xz平面內(nèi)的傾角四個(gè)維度上進(jìn)行調(diào)節(jié)，其最小的角度調(diào)節(jié)刻度為0.1°，其余三個(gè)維度的最小調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為10 μm。

(7) 水平觀測(cè)CCD，該CCD也可以在上下、左右、里外三個(gè)維度上進(jìn)行調(diào)節(jié)，用于觀測(cè)波導(dǎo)通光情況，該CCD鏡頭與垂直放置的CCD鏡頭型號(hào)相同。

(8) PM100D型紅外探測(cè)器(即光功率計(jì))，該功率計(jì)的信號(hào)來源于右端的水平放置拉錐光纖。

(9) AQ6317型光譜分析儀，該分析儀的信號(hào)同樣來源于右端的水平放置拉錐光纖，用于測(cè)試耦合器的耦合效率隨波長(zhǎng)的變化情況。

(10) 信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用于切換顯示器上的輸入信號(hào)，其包括四個(gè)切換端口，但實(shí)驗(yàn)中只用到兩個(gè)端口。

(11) CCD觀測(cè)圖像顯示器，該顯示器與信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連，用于顯示水平放置和垂直放置的兩個(gè)CCD所觀測(cè)到的圖像，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)顯示圖像的切換。

(12) 計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)用于控制起偏器的偏振態(tài)調(diào)節(jié)和顯示光譜分析儀的測(cè)試結(jié)果。

圖1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)

2 測(cè)試操作過程

利用上述平臺(tái)對(duì)硅基波導(dǎo)光柵耦合器件性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試的過程大致分為四個(gè)階段：器件形貌觀測(cè)、儀器及光纖測(cè)試、調(diào)節(jié)光源偏振態(tài)、直波導(dǎo)通光測(cè)試及估測(cè)損耗和耦合器件性能參數(shù)測(cè)試。

在介紹各個(gè)階段的具體操作過程之前，首先需要說明的是我們制作硅基波導(dǎo)光柵耦合器件時(shí)，并不只是在SOI基片上制作出光柵耦合器或分束器，還會(huì)在其基礎(chǔ)上制作兩至三根直波導(dǎo)，用于估測(cè)直波導(dǎo)損耗，而且耦合器或分束器我們也會(huì)制作兩至三個(gè)以作對(duì)比。具體的制作版圖及實(shí)際制作效果如圖2和圖3所示。

(1) 器件形貌觀測(cè)

主要是利用掃描電子顯微鏡觀測(cè)SOI基片上耦合器件及直波導(dǎo)的制作效果，將通過觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相對(duì)比，以了解該器件是否能達(dá)到測(cè)試要求，并可以通過觀測(cè)選出實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)最接近的耦合器件。

A為全刻蝕二元閃耀光柵耦合器；B為對(duì)稱式全刻蝕啁啾型亞波長(zhǎng)二元閃耀光柵分束器；C為直波導(dǎo)及交叉波導(dǎo)；D為兩端帶有光柵耦合器的直波導(dǎo)及交叉波導(dǎo)圖2 SOI片制作版圖

圖3 (a)分束器；(b)耦合器；(c)無光柵波導(dǎo)；(d)有光柵波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(右端)

(2) 儀器及光纖通光測(cè)試

主要包括儀器參數(shù)的設(shè)定和測(cè)量橫向拉錐光纖通光情況。儀器參數(shù)設(shè)定主要是針對(duì)激光光源和起偏器。其中激光光源的參數(shù)為：輸入中心波長(zhǎng)1 550 nm，輸入功率9.3 dBm，起偏器的參數(shù)通過計(jì)算機(jī)設(shè)置。光纖通光測(cè)試目的是確定左右兩端水平放置的拉錐光纖的光纖頭是否完好，是否可以實(shí)現(xiàn)很好的通光，并可以通過通光測(cè)試估算出光纖頭處的功率損耗。通光測(cè)試的具體操作步驟如下：

①設(shè)置好可調(diào)節(jié)激光器參數(shù)，將左端拉錐光纖直接接入光源，將右端拉錐光纖輸出端接于功率計(jì)。將左右兩端的拉錐光纖分別放置在水平光纖夾上，并通過光纖夾調(diào)節(jié)器將左右兩端的拉錐光纖頭均大致調(diào)節(jié)到載物臺(tái)上方。

②將垂直CCD調(diào)節(jié)至垂直狀態(tài)，并通過進(jìn)一步調(diào)節(jié)上下左右，使兩個(gè)拉錐光纖頭能大致清晰的呈現(xiàn)在CCD視場(chǎng)中，并呈現(xiàn)在顯示器上。

③利用水平光纖夾的控制器精調(diào)光纖位置，使兩個(gè)光纖頭盡量接近，但避免兩光纖頭相撞。在調(diào)節(jié)位置的同時(shí)觀測(cè)功率計(jì)上的示數(shù)，功率計(jì)示數(shù)一般達(dá)到0 dBm以下則表明光纖頭基本對(duì)準(zhǔn)，功率計(jì)上示數(shù)越小越好，在測(cè)試過程中，最小示數(shù)可達(dá)到-10 dBm左右。

④將左右兩端光纖夾及垂直CCD歸位，以便后續(xù)測(cè)量。

(3) 調(diào)節(jié)光源偏振態(tài)

①打開偏振光控制器和其附帶軟件TXP_EXPLORER，界面如圖4所示；

圖4 TXP_EXPLORER操作界面

②輸入光信號(hào)到偏振控制器，并將輸出光接入到拉錐光纖；

③將分光鏡放置于載物臺(tái)上，拉錐光纖垂直分光鏡的一個(gè)面入射；

④光經(jīng)過分光鏡以后會(huì)產(chǎn)生o光和e光，其中一束光直線輸出，通過水平放置CCD探測(cè)，并顯示在顯示屏上；

⑤當(dāng)調(diào)節(jié)偏振控制軟件頁面的經(jīng)度和緯度時(shí)，偏振球上顯示的偏振點(diǎn)會(huì)移動(dòng)，說明偏振在改變，偏振球下面圖形是偏振狀態(tài)圖，如圖4偏振狀態(tài)圖顯示的是橢圓偏振狀態(tài)一樣；

⑥如果發(fā)現(xiàn)偏振球上的點(diǎn)在晃動(dòng)，一直不穩(wěn)定，說明偏振控制器輸出光不穩(wěn)定，并不是需要的偏振光，這是需要按照偏振控制器使用說明來進(jìn)行校準(zhǔn)；

⑦穩(wěn)定輸出偏振光以后，調(diào)節(jié)偏振球上點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，從而改變偏振態(tài)，拉錐光纖輸出端的偏振態(tài)同樣發(fā)生改變，因此經(jīng)過分光鏡的o光和e光分量就不一樣，所以最后水平CCD上看到的光斑大小就會(huì)發(fā)生改變。調(diào)節(jié)經(jīng)度和緯度，使得光斑完全消失，這時(shí)說明分光鏡輸入的光全是TM光，也就是說拉錐光纖末端輸出的是TM光。

⑧確定TM光以后，通過點(diǎn)擊正交按鈕，如圖4所示，使得輸出光強(qiáng)最大，也就是說，這時(shí)拉錐光纖的末端輸出的是TE光，因此最終確定輸入到波導(dǎo)中的光是TE偏振光。

⑨偏振控制狀態(tài)確定以后，從載物臺(tái)上拿下分光鏡，這時(shí)不可改變偏振球的經(jīng)度和緯度。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

(4) 直波導(dǎo)通光測(cè)試

該階段通過對(duì)直波導(dǎo)通光效果的測(cè)量以估測(cè)波導(dǎo)損耗，同時(shí)也可以通過觀測(cè)通光好壞反映SOI基片的制作效果。其具體操作步驟如下：

①將清洗干凈的SOI基片放置于載物臺(tái)正中間。打開垂直CCD上的LED燈，用以照亮SOI基片，便于觀測(cè)。調(diào)節(jié)CCD使其成垂直狀態(tài)，再調(diào)節(jié)上下左右，使在顯示器上能清晰的顯示SOI基片的形貌。根據(jù)顯示器上顯示的圖像微調(diào)SOI基片位置，使其呈水平放置。然后再調(diào)節(jié)CCD，使SOI基片上一根直波導(dǎo)處于顯示器中心位置。

②利用控制器調(diào)節(jié)左端拉錐光纖夾，使光纖頭與直波導(dǎo)基本處于一條直線上，盡量使光纖頭所處平面比直波導(dǎo)頂面高出一些。降下右端光纖夾，保證其不擋住右端水平CCD。打開右端水平放置CCD，同時(shí)關(guān)閉垂直CCD上的LED燈。利用信號(hào)轉(zhuǎn)換器將信號(hào)由垂直CCD輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為水平CCD輸出信號(hào)，此時(shí)可在顯示器上觀察到一個(gè)圓形光斑，此光斑為拉錐光纖出射的光。調(diào)節(jié)右端CCD鏡頭，使光斑最清晰明亮。然后利用控制器調(diào)節(jié)左端光纖夾，使其慢慢下降。當(dāng)光纖頭所處平面下降至SOI頂面所處的平面以下時(shí)，圓形光斑下半部會(huì)慢慢消失，因?yàn)榇藭r(shí)拉錐光纖的出射光被SOI基片的頂硅層擋住。如果拉錐光纖頭與直波導(dǎo)左端已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的話，則光纖夾繼續(xù)下降時(shí)，在半圓形光斑正下方會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小亮點(diǎn)，該亮點(diǎn)即為由直波導(dǎo)中透射出的光。光纖夾繼續(xù)下降時(shí)小亮點(diǎn)會(huì)消失，因?yàn)榇藭r(shí)光纖頭被襯底層所擋住。但如果拉錐光纖頭與直波導(dǎo)沒有對(duì)準(zhǔn)，則需要在大圓斑剩下一半時(shí)，左右微調(diào)光纖夾，并適當(dāng)調(diào)整水平CCD鏡頭焦距，直至在半個(gè)大圓形光斑正下方出現(xiàn)小亮點(diǎn)。當(dāng)小亮點(diǎn)出現(xiàn)后，在三個(gè)維度上微調(diào)光纖夾，使小亮點(diǎn)最亮，此時(shí)直波導(dǎo)通光。

③通光后將信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)切換至垂直CCD的輸出信號(hào)，同時(shí)打開LED燈。利用控制器調(diào)節(jié)右端拉錐光纖位置，使其光纖頭對(duì)準(zhǔn)直波導(dǎo)右端端口，在調(diào)節(jié)過程中通過顯示器確定光纖頭位置，在移動(dòng)過程中避免光纖頭與基片相撞。當(dāng)調(diào)節(jié)至右端光纖與直波導(dǎo)在同一條直線且光纖頭與直波導(dǎo)端口非常接近時(shí)，上下調(diào)節(jié)光纖頭位置，同時(shí)觀察功率計(jì)示數(shù)。如果之前的操作已使波導(dǎo)通光，則功率計(jì)示數(shù)在上下調(diào)節(jié)光纖頭位置的過程中會(huì)有明顯變化。如果示數(shù)變化不明顯，則可能波導(dǎo)沒有通光，需要重新進(jìn)行之前的通光操作。如果功率計(jì)上的功率示數(shù)明顯上漲。則需要在現(xiàn)有位置基礎(chǔ)上適當(dāng)微調(diào)光纖頭左右，必要時(shí)也可適當(dāng)微調(diào)左端光纖頭位置，使功率計(jì)的示數(shù)最大。一般功率計(jì)示數(shù)在-30dBm左右時(shí)，波導(dǎo)通光正常。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中測(cè)得的最好結(jié)果為-11dBm左右。測(cè)試直波導(dǎo)通光的目的就是利用該功率值可估算出直波導(dǎo)上損耗，從而可以估算出耦合器或分束器上直波導(dǎo)部分所產(chǎn)生的損耗。

(5) 耦合器件性能參數(shù)測(cè)試

該階段為測(cè)量光柵耦合器或分束器的耦合效率或消光比，該測(cè)試是在直波導(dǎo)通光測(cè)試基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

具體操作如下：

①保持直波導(dǎo)通光測(cè)試過程中右端拉錐光纖位置不動(dòng)，將左端拉錐光纖移開。移開左端后，將右端拉錐光纖稍稍向右微調(diào)，使其光纖頭離SOI基片側(cè)面有一定距離，但要保持該光纖的高度不變。利用控制器調(diào)整里外，移動(dòng)右端光纖頭至欲測(cè)量的耦合器右端端口處，使光纖頭與該端口對(duì)準(zhǔn)，但依舊保持光纖高度不變。在此過程中一直保持高度不變，是由于SOI基片上的直波導(dǎo)厚度與耦合器輸出端的直波導(dǎo)厚度相同，所以在同樣的高度就能接收到耦合器輸出端的輸出光。

②將垂直CCD調(diào)整至傾斜一定角度(大致20°左右)，通過調(diào)節(jié)上下左右，并適當(dāng)調(diào)節(jié)CCD鏡頭焦距，使在CCD視場(chǎng)內(nèi)再次找到SOI基片，并將SOI基片上欲測(cè)量的耦合器光柵部分顯示在顯示器中心位置。將左端的拉錐光纖換至垂直光纖系統(tǒng)上，作為垂直入射光源。保持垂直光纖夾處于完全垂直狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)使拉錐光纖頭接近耦合器的光柵部分，光纖頭的位置可以通過顯示器觀測(cè)到。如果垂直拉錐光纖和右端水平光纖均已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)，則功率計(jì)上的示數(shù)會(huì)有明顯變化，此時(shí)可以微調(diào)這兩個(gè)拉錐光纖的位置，使功率計(jì)示數(shù)最大。在調(diào)節(jié)右端拉錐光纖時(shí)需要將垂直CCD系統(tǒng)向右移動(dòng)，以確?？梢杂^察到右端拉錐光纖的光纖頭位置，避免光纖頭撞到SOI基片。由于垂直拉錐光纖的光纖頭面積較光柵區(qū)域面積大得多，所以只要保證垂直光纖頭基本對(duì)準(zhǔn)即可有光進(jìn)入耦合器，因此如果功率計(jì)示數(shù)無明顯變化，則可能是由于右端拉錐光纖沒有對(duì)準(zhǔn)，此時(shí)需要微調(diào)右端拉錐光纖的里外，直到功率計(jì)有示數(shù)為止，再進(jìn)行微調(diào)使示數(shù)最大。利用該功率值，并通過相應(yīng)計(jì)算可獲得耦合器的耦合效率。

③通過調(diào)節(jié)垂直光纖的傾角和高度可測(cè)量入射光角度和高度對(duì)耦合效率的影響。也可通過測(cè)量不同規(guī)格的耦合器來測(cè)量SiO2層厚度、刻蝕深度、制作誤差參數(shù)對(duì)耦合效率的影響。將右端拉錐光纖的輸出端改接至光譜分析儀器，進(jìn)行掃譜操作，即繪制輸出功率隨輸入光波長(zhǎng)變化的關(guān)系圖。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從光纖端面出射的激光信號(hào)斑尺寸與光柵耦合器的尺寸不同，X和Y方向上的對(duì)位誤差也會(huì)減少光柵平面的受光面積；本文采用的單模光纖(SMF)輸出光的模班尺寸大約是10 μm左右，光場(chǎng)能量呈典型的高斯分布，因此加劇了光纖模場(chǎng)分布與光柵模場(chǎng)的失配，降低了光柵面對(duì)信號(hào)光的耦合；另外，實(shí)驗(yàn)中光纖和光柵面間沒有采用相關(guān)的折射率匹配液，因此在光柵面上存在明顯的菲涅耳反射，這樣進(jìn)一步降低了光柵的耦合能量。通過調(diào)整光纖端面與光柵水平面的距離，利用光功率計(jì)對(duì)光柵面的能量進(jìn)行測(cè)量，再考慮以上各種因素對(duì)耦合能量的影響，照射到光柵耦合器的光強(qiáng)需考慮光柵接收面積的比例為10%左右。

耦合進(jìn)硅基光波導(dǎo)的光信號(hào)在波導(dǎo)上傳輸?shù)倪^程中的損耗包括：材料本身對(duì)光的吸收損耗、材料表面的粗糙度引起的光的散射損耗、波導(dǎo)尺寸失配引起的倏失波損耗等。測(cè)試光柵耦合器的耦合效率之前，制作了同樣尺寸和長(zhǎng)度的波導(dǎo)，并采用相同的實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境，對(duì)波導(dǎo)的傳輸損耗進(jìn)行了測(cè)量，得到對(duì)于1 550 nm波長(zhǎng)的信號(hào)光的傳輸損耗大約為35%左右。

在硅基波導(dǎo)出射端面的信號(hào)光離開尺寸為450 nm的波導(dǎo)在自由空間傳輸時(shí)，存在強(qiáng)烈的衍射效應(yīng)，同時(shí)，在鏡頭表面也存在明顯的菲涅耳反射，將光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)收集到的衍射光場(chǎng)能量與波導(dǎo)中傳輸?shù)哪芰窟M(jìn)行歸一化處理，發(fā)現(xiàn)有將近40%的能量損耗，因此，我們定義端面出的反射系數(shù)約為40%。

從硅基光波導(dǎo)出射的光信號(hào)經(jīng)過透鏡收集進(jìn)入光功率計(jì)，考慮信號(hào)光的衍射效應(yīng)、準(zhǔn)直和對(duì)準(zhǔn)誤差、光功率計(jì)探測(cè)窗口大小的影響、探測(cè)器表面的反射等等，將光功率計(jì)獲得的能量與沒有加入顯微鏡系統(tǒng)直接獲得的能量進(jìn)行了對(duì)比和歸一化處理，得到能量信號(hào)光的收集效率約15%左右。結(jié)合以上測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出光柵耦合器的耦合效率：

η=Po/(Pi×10%×65%×60%×15%)

由此計(jì)算得到光柵的耦合效率：

(1) 光纖的輸出端口測(cè)量激光的輸出功率Pi=130 μW

(2) 收集硅基光波導(dǎo)輸出端光信號(hào)的強(qiáng)度Po=0.55 μW

(3) 亞波長(zhǎng)光柵耦合器的耦合效率η≈72%

本文利用光纖-波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)亞波長(zhǎng)光柵耦合器和波導(dǎo)的耦合效率和傳輸損耗等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)總結(jié)了微納光電子器件的測(cè)試方法和流程，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。該測(cè)試方法對(duì)于微納光電子器件的設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試和集成具有一定的指導(dǎo)意義。為快速準(zhǔn)確的進(jìn)行微納光電子器件光電參數(shù)的測(cè)試與分析提供了參考。

[1] Yang, Junbo,Xu,Suzhi,Zhang,Jingjing,et al.Perfect Shuffle Transform Based on Subwavelength Binary Blazed Grating [J],Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering,2015,9673.

[2] Yang,Junbo,Xu,Suzhi,Zhang,et al.Study on Controllable LC-micro Blazed Grating Beam Deflector in Free Space[J].Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering,2015,v 9446.

[3] Yang,Junbo,Zhang,et al.Beam Splitter Based on Bragg Grating-assisted Coupler[J].Chinese Optics Letters,2015,v13.

[4] Yang,Junbo,Xu,et al.Optical Limiter for DF Laser Based on Deep-etched Fusedsilica Grating.Photonics for Energy[J].PFE 2015,2015.

[5] Yang Junbo,Zhang Jingjing,SuzhiXu,et al.High Performance Subwavelength Grating Coupler Based on High Reflectivity Grating Reflector[J].Optical Engineering,2014.

[6] V.A.Fedotov,P.L.Mladyonov,S.L.Prosvirnin,et al.Asymmetric Propagation of Electromagnetic Waves Through a Planar Chiral Structure [J].PHYSICAL REVIEW LETTERS,2006,97,167401.

[7] Ping Yu,Shuqi Chen,et al.Generation of Vector Beams with Arbitrary Spatial Variation of Phase and Linear Polarizationusing Plasmonicmetasurfaces [J].Optics Letters,2015,40(14): 3229-3232.

[8] Yuanmu Yang,Ivan I.Kravchenko,Dayrl P.Briggs,et al.All-dielectric Metasurface Analogue of Electromagnetically Induced Transparency[J].Nature Communications,2014,6753.

[9] S.H.Mousavi,I.Kholmanov,K.B.Alici,et al,Inductive Tuning of Fano-resonant Metasurfaces Using Plasmonic Responseof Graphene in the Mid-infrared[J].Nano Lett.2013,13: 1111-1117.

[10] L.Ju,B.Geng,J.Horng,et al.Grapheneplasmonics for Tunable Terahertz Metamaterials[J].Nat.Nanotechnol.2011,6: 630-634.

[11] Ulf Leonhardt,et al.Optical Conformal Mapping[J].Science,2006,312,1777.

[12] MajidGharghi,Christopher Gladden,Thomas Zentgraf,et al.A Carpet Cloak for Visible Light[J].Nano Letters,2011,11,2825-2828.

[13] 楊俊波,劉菊,楊建坤,等.非對(duì)稱型多級(jí)混洗網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與路由研究[J].光電子.激光,2010,21(5):678-681.

[14] Junbo Yang,Xianyu Su,Ping Xu.Perfect Shuffle Transform Based on a Microblazed Gratingarray[J].Applied Optics,2007,46(2):210-215.

[15] JunboYanga,SuzhiXu,Jingjing Zhang,et al.Perfect shuffle Transform Based on Subwavelength Binary Blazedgrating[J].Proc.of SPIE,2015,9673 96730F-1.

[16] 楊俊波,蘇顯渝.與偏振無關(guān)的雙向3×3 光開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)學(xué)報(bào)， 2007,27(7):1279-1284.

[17] 楊俊波,蘇顯渝.自由空間二維榕樹網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法[J].中國激光，2007,33(12):1636-1642.

[18] 楊俊波,劉菊,楊建坤,等.光互連網(wǎng)絡(luò)中四功能交換開關(guān)研究[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2010,23(2):35-38.

[19] 段秀芝，楊萍萍.Origin軟件在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013,26(5):79-80.

[20] Junbo Yang,Xianyu Su.Optical Implementation of (3,3,2) Regular Rectangular CC-Banyan Optical Network[J].Optics Communications,2007,275: 57-64.

Testing and Analyzing Silicon Waveguide and Grating Coupler Based on the Fiber-Waveguide Testing Platform

YANG Jun-bo,ZHOU Wei,ZHANG Hua-liang,WU Wen-jun,HUANG Jie,CHEN Ding-bo,ZHANG Jing-jing,HAN Yun-xing

(National University of Defense Technology,Hunan Changsha 410073)

Micro-nano optoelectronic devices play an important role in the filed optical communication,optical information processing,biological sensor,and high performance computing and so on.The fiber-waveguide testing platform is used to analyze the properties of micro-nano devices including crosstalk,insertion loss,coupling efficiency etc.It consists of a tunable laser,a polarization controller,a lensed fiber,x/y/z axis step-motor,optical power meter and so on,whose precision can reach up to 50nm.Using the fiber-waveguide testing system to analyze the coupling efficiency of subwavelength grating and the loss of waveguide,we propose a testing method,which can be used in optical communication and optical interconnect network.

fiber-waveguide testing system；waveguide；SOI；crosstalk；insertion loss

2016-07-12

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-12-0142);湖南省自然科學(xué)基金(13JJ3001)

1007-2934(2016)06-0009-06

TN 256

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.003