0105001-1研究论文第43卷第1期/2023年1月/光学学报高Q值、超窄带宽反向耦合型相移光栅廖莎莎1，2*，黄琮1，冯玉婷1，张伍浩1，赵帅1，刘真伟11重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065；2上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海200240摘要相移光栅是光子集成电路的基本元件之一，被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比，反向耦合型相移光栅无需光环形器，易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应，通过将不同周期的波导光栅组合在一起，实现了Q值为12893、3dB凹陷带宽为0.12nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势，能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。关键词光栅；相移光栅；光子集成电路；Moire效应；反向耦合型相移光栅；硅光子学中图分类号TN256文献标志码ADOI：10.3788/AOS2211511引言相移光栅（PSG）常用于生物传感［1］、窄带滤波［2］、激光［3，4］、超高速光信号处理［5-8］和光计算［9］等领域中，近年来也受到了广泛的关注。与微环谐振器等具有自由光谱范围（FSR）的器件相比，PSG具有更大的工作波长范围，能够满足大带宽输入信号窄带滤波的需求。此外，稍大的尺寸也带来了更大的样品接触面积，能有效提高传感灵敏度。在上述应用中，Q值的大小往往是器件性能评估的重要指标，如：在窄带滤波中，Q值越大，说明滤波器波长选择性能越好，滤出的信号频率越纯净；在片上生物医学传感器中，Q值越大，传感器的探测极限越低。因此，研究高Q值PSG具有很大的实际应用价值。PSG通过在均匀光栅中心移动1/4的共振波长（光栅周期的一半），产生Fabry-Pérot（F-P）谐振腔，进而实现π相移。π相移光栅（π-PSG）可以根据其端口的个数分为反射型PSG和反向耦合型PSG（CDC-PSG）两种类型。Luan等［10］提出了一种由多盒硅段组成的相移布拉格光栅方案，通过优化每个硅块的长度，该方案可实现的Q值为10500，凹陷带宽为0.15nm。为了实现更大的FSR，提升阻带带宽，Prabhathan等［11］通过在绝缘体上硅（SOI）设计相移垂直侧壁光栅，在1500~1600nm阻带内实现了Q值为13265、凹陷带宽为0.11nm的π-PSG。为了增强光与包层的相互作用，Čtyroký等［12］采用亚波长光栅（SWG）结构实现了Q值为17500、凹陷带宽为0.09nm的π-PSG。为了提升PSG的Q值，Wang等［13］在狭缝波导上将Q值提高到76000，此时凹陷带宽仅为0.02nm...
