光柵耦合器（GCs）由于其在芯片表面的任意定位、晶片級測試、大對準和制造公差等優(yōu)點，可以用于PIC中光纖耦合的I/O接口，還可以用于直接耦合到垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELs）和光電探測器上，因此，光柵耦合器被廣泛應用。

完全垂直耦合的耦合效率為1.4dB，非垂直耦合為0.89 dB的光柵耦合器已在商業(yè)鑄造廠得到證明。然而， 光柵耦合器仍然存在一些缺點 。其中一個主要缺點是其光****波段 寬小 。

由于光柵衍射的波長依賴性，在硅光子學中，通常具有1-dB光波段寬約為30 nm的窄波段寬。然而，對于某些應用，需要更寬的光波段寬。

香港中文大學近日提出了一種新的在C波段和O波段都適用的波導光柵耦合器的設計方法，設計原理如圖1所示。該器件根據(jù)分別在硅層和多晶硅覆蓋層上形成的兩個獨立光柵的初始設計進行了優(yōu)化。他們設計了C波段的上層（多晶硅），以及O波段的下層（硅）作為初始優(yōu)化種子。

利用遺傳算法對該結(jié)構(gòu)進行數(shù)值優(yōu)化后，光柵耦合器C波段的耦合效率為3.86dB，O波段的耦合效率為4.46dB，實驗結(jié)果如圖2所示，在C波段的?耦合效率為4.37dB，O波段的?耦合效率為5.8dB。

圖1 雙波段光柵耦合器的原理圖。(a)三維視圖。(b)雙波段光柵耦合器的設計步驟。GC1是指為在C波段內(nèi)運行而設計的均勻光柵耦合器。

GC2是指為在O波段工作而設計的均勻光柵耦合器。GC3是指為C波段設計的上多晶硅層和為O波段設計的下硅層的復合光柵耦合器。GC4是指以GC3作為初始優(yōu)化種子的最終優(yōu)化的雙波段光柵耦合器[1] 。

圖2 雙波長光柵耦合器的實驗測量和仿真結(jié)果。