High-Efficiency Two-Dimensional Perfectly Vertical Grating Coupler With Ultra-Low Polarization Dependent Loss and Large Fibre Misalignment Tolerance

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作者
Zanyun Zhang,Kaixin Zhang,Qian Cheng,Meixin Li,Tianjun Liu,Beiju Huang,Zan Zhang,Hongwei Liu,Hongqiang Li,Pingjuan Niu,Hongda Chen
出处
期刊:IEEE Journal of Quantum Electronics [IEEE Photonics Society]
卷期号:57 (5): 1-7 被引量:6
标识
DOI:10.1109/jqe.2021.3095289
摘要

A two-dimensional grating coupler (2D GC) with four access waveguides is proposed and demonstrated for polarization independent and perfectly vertical coupling. Benefitting from the perfectly vertical coupling and $1\times 4$ power splitting/combing scheme, broadband polarization independent operation can be achieved. Through grating apodization with etched square holes, a simulated coupling efficiency (CE) of 65% (−1.87 dB) is obtained with a minimum feature size of 180nm which is compatible with the 193-nm deep UV lithography technology. To characterize the device performance, a back-to-back configuration of this 2D GC was fabricated, where phase-delay lines with similar patterns are introduced to ensure the phase equality between different waveguide arms. A CE of 49% (−3.1 dB) was experimentally measured, with a 1-dB bandwidth of 42 nm and PDL below 0.2 dB across the wavelength range from $1.5~\mu \text{m}$ to $1.6~\mu \text{m}$ . The fibre misalignment tolerance of this device was also investigated by measurement. The excess coupling loss and PDL caused by $\pm 2~\mu \text{m}$ fibre misalignment are lower than 1 dB and 0.8 dB respectively, and the maximum excess coupling loss and PDL caused by ±2° fibre angle error is 1 dB and 0.7 dB respectively. Finally, optical modulation using this device is preliminarily demonstrated by the embedded thermal-optic functions.

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