張殷榮

本論文提出一「矽光波導準TE模態至混合電漿波導準TM模態」之極化模態轉換器，其運作原理為於模態轉換區域引入金屬材料以劇烈破壞結構對稱性，使得極化模態轉換器中之準TE模態電場方向受其影響而旋轉，最後於極化模態轉換器之輸出端形成混合電漿波導之準TM模態。藉由分析轉換結構之極化消光比與傳播損耗，逐一完成轉換結構各段之設計，於波長1550 nm時，極化模態轉換器之最佳化設計為上層具四段金屬結構之「線性漸窄-直線-線性漸窄」介質波導，其長度僅為7 $\mu$m，寬度小於400 nm，而輸出端模態轉換效率、極化消光比與極化轉換效率分別為88.80$\%$、25.0929 dB、99.82$\%$，同時插入損耗僅有0.5108 dB。 研究顯示當金屬厚度愈薄時，其對結構對稱性之破壞程度較低，使得拉動輸入端介質波導之準TE模態電場旋轉之能力愈差，故於極化模態轉換器輸出端之準TM模態功率所佔傳播方向總功率比例減少，造成輸出端模態轉換效率愈低而傳播損耗與插入損耗愈高。此外，經最佳化設計之極化模態轉換器於光通訊波段內對波長之變化不甚敏感。以模態轉換效率高於80$\%$即模態轉換損耗低於0.9691 dB為基準，其傳輸頻寬可達103.8 nm (1490.9--1594.7 nm)；而以插入損耗低於1 dB為基準，其頻寬為105.8 nm (1490.0--1595.8 nm)。另一方面，對金屬結構容差之分析顯示，以模態轉換效率高於80$\%$為基準時，金屬厚度、直線區域金屬寬度與第一段線性漸寬金屬尖端寬度之容差範圍分別為70、75與100 nm。 未來於光子積體光路內，矽波導與混合電漿波導之混合應用為必要趨勢以達到高密度整合，故本研究之「光波至混合電漿波導」極化模態轉換器具前瞻性，並對光子積體光路領域具些許之貢獻。