硅基波导OAM产生器的设计与性能分析

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近年来,移动互联网飞速发展,人们对通信容量的要求不断增长,已有的光纤通信系统已经很难满足人们的需求,光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)作为一种新涌现的技术提供了一条解决途径。与传统光通信相比,携带OAM的光束具有新的自由度,使得其复用技术在提高系统的信道容量和频谱利用率方面具有独特的优势。为了实现OAM复用通信,面临的首要问题是产生OAM涡旋光束。目前已有的产生OAM光束的器件,存在尺寸过大、非平面以及系统复杂等问题,难以集成以适应OAM光通信系统的需要。本文提出一种便于集成的基于硅基波导OAM产生器,该器件主要由二个平行波导组成的耦合结构和条形波导构成的相移器组成。首先分析了光轨道角动量的产生方法和原理,然后在此基础上设计了耦合结构和相移器的结构,接着,分析了不同结构参数OAM产生器性能的影响。通过调整波导的宽度与耦合长度,改变沟槽长度和位置等,采用时域有限差分法(FDTD)进行优化与性能分析。结果表明:经过优化后的OAM产生器可以实现OAM?1的产生,结构紧凑,损耗小(<0.16dB),器件尺寸仅为33μm×2μm,转换效率可达97%以上,制作工艺简单且易于集成。该器件可应用于OAM复用光通信,对于提高光通信系统容量具有重要应用价值。
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