高效率高紧凑性垂直硅基光栅耦合器研究

作     者：段宁 李聪聪 袁征难 师晨曦 马丁琪 曹鹏飞 闫格 DUAN Ning;LI Congcong;YUAN Zhengnan;SHI Chenxi;MA Dingqi;CAO Pengfei;YAN Ge

作者机构：兰州大学信息科学与工程学院 兰州空间技术物理研究所 兰州真空设备有限责任公司 

基　　金：甘肃省自然科学基金(Nos.20JR10RA614,22YF7GA182) 国家自然科学基金(No.61804071) 中国科学院时间频率基准重点实验室开放基金 甘肃省产学研支持计划项目(No.2022CYZC-07 2022) 兰州市城关区科技计划项目(No.2021RCCX0031) 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2025年第54卷第01期

页      码：8-16页

摘      要：聚焦于硅基光电子芯片光学接口的设计，以实现高耦合效率、低制造成本和高集成度的目标。采用形状优化逆向设计算法，结合动态参数更新机制，利用参数化剖面和加噪处理，快速生成初始设计方案。通过降余弦衰减策略调节参数更新率，加快光栅耦合器优化收敛过程，有效降低计算成本并提高设计效率。设计出无需额外材料层的紧凑型光栅耦合器。光栅区长度为18μm，在100 nm线宽条件下，在1 550 nm波长下实现了-0.85 dB的单端口仿真耦合效率和28 nm的3 dB带宽。在10 nm刻蚀深度制备误差的情况下，实验单端口峰值耦合效率达到了-3.62 dB。对比于近期报道的光栅耦合器，在无需额外材料层的情况下，实现了220 nm硅层厚度的SOI平台上目前所知最高的耦合效率。此研究开发出一种高效率、低成本，兼具紧凑结构的光学接口，可为实现硅光芯片间的互联提供有效的解决方案。

主 题 词：集成光学 硅基光栅耦合器 形状优化逆向设计 光学接口设计 动态参数更新 逆向设计 

学科分类：080903[080903] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/gzxb20255401.0113001

馆 藏 号：203156587...