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具有周期性结构的亚波长光栅具有很多优良的特性,包括尺寸小巧、成本低廉、衍射效率高等,因而在近些年来的研究中备受关注。经过精心地设计结构参数,亚波长光栅可以应用在很多光通信的场景中：包括作为窄带滤波器,宽光谱反射器,偏振分束器等光学元件在这些应用中,基于SOI结构的亚波长光栅结构由于Si基材料的特点,可以使得其与III-V族激光器以及PIN型光探测器等光学器件更为容易地进行集成。因此,对亚波长光栅特别是基于SOI结构的亚波长光栅进行研究是非常有意义的工作。本文主要研究了亚波长光栅的理论分析方法；借助计算和仿真软件设计了具有偏振不敏感特性的光栅反射镜结构；提出了基于此亚波长光栅反射器结构的量子效率增强型光探测器；搭建了完整的测试系统,并进行了器件的测试工作。主要的工作内容和创新点可归纳如下：1、深入研究了亚波长光栅的理论分析方法,重点包括严格耦合波理论和模式理论。比较和总结了几种方法的特点,推导了不同偏振入射方式下的理论计算公式。同时,通过模式理论模型研究了光栅的本征方程,解释了光栅表面高衍射效率的形成机理。最后通过对波长、周期和占空比三个光栅的参数之间的分析,提出了设计反射镜光栅的一般方法。2、利用严格耦合波理论设计出基于SOI结构的偏振不敏感光栅反射镜。理论上,该光栅在1520nm至1560nm的入射光波长范围内对TM偏振光的反射率达到了95%以上,对TE偏振光则同时达到了94%以上。两种偏振入射下表现出良好的反射特性,满足了在光通信系统中的C波段反射镜的要求。3、研究了亚波长光栅的制备方法,制备和测试了偏振不敏感型高反射光栅。根据测试结果显示,在入射光波长在1480nm至1610nm的范围内时,TM偏振入射光的测试结果与仿真结果基本吻合,反射率达到了90%以上；而TE偏振入射光的测试结果中,反射谱相比于仿真结果向左侧发生了横向偏移。最后对误差现象进行了合理的分析和解释。4、设计出了基于高反射亚波长光栅的量子效率增强型光探测器,通过使用BCB胶对光探测器和亚波长反射光栅进行了键合工艺。利用测试系统进行了量子效率与高速响应的测试。其中探测器的3dB带宽达到10Gb/s以上。而量子效率与未引入亚波长反射光栅之前比较,提升了10%。符合预期的结果。