Abstract. A compact and broadband transverse electric (TE)-pass power splitter using triple-guide directional couplers (TGDCs) is proposed and analyzed in detail, where the TGDCs are formed by two outside subwavelength grating (SWG) waveguides and a central strip waveguide with segmented hybrid plasmonic waveguides (HPWs) on its top. For input transverse magnetic (TM) mode, it is transmitted along the central strip waveguide, gradually transferred from the strip waveguide into the horizontal slots formed by strip waveguide and HPWs, and finally radiated into the claddings since the HPWs are segmented. As to the TE mode, by choosing suitable structural parameters, phase-matching condition is only satisfied for TE mode so that it is evenly coupled from the central waveguide into the outside SWG waveguides, effectively preventing the coupling of the residual TM mode in the TGDC. Consequently, a TE-pass power splitter is realized. Moreover, efficient transitions between the SWG and strip waveguides are used at the end of the outside SWG waveguides. Results show that, with the number of the segments of the HPWs being 6, a compact device of ∼9 μm in length is achieved with an insertion loss (IL) of 0.56 dB (TE), an extinction ratio (ER) of 23.74 dB, and a reflection loss of −30.6 dB (−4.94 dB) for TE (TM) mode at 1.55 μm. Also, the bandwidth is up to 150 nm when ER > 15 dB and IL < 0.9 dB. In addition, fabrication tolerances to the key structural parameters are investigated and field evolution through the present device is also presented.

中文翻译：

---

使用具有混合等离子体波导和亚波长光栅的三导定向耦合器的紧凑型宽带硅基横向电通功率分配器

摘要。提出并详细分析了一种使用三导定向耦合器 (TGDC) 的紧凑型宽带横向电 (TE) 通功率分配器，其中 TGDC 由两个外部亚波长光栅 (SWG) 波导和一个带分段的中心带状波导组成。混合等离子体波导（HPW）在其顶部。对于输入横向磁（TM）模式，它沿着中心带状波导传输，从带状波导逐渐转移到由带状波导和HPW形成的水平缝隙中，最后由于HPW被分段而辐射到包层中。对于TE模，通过选择合适的结构参数，只满足TE模的相位匹配条件，使其从中心波导均匀耦合到外部SWG波导，有效地防止了TGDC中残余TM模式的耦合。因此，实现了 TE-pass 功率分配器。此外，在外部 SWG 波导的末端使用了 SWG 和带状波导之间的有效过渡。结果表明，当 HPW 的段数为 6 时，实现了长度约 9 μm 的紧凑型器件，插入损耗 (IL) 为 0.56 dB (TE)，消光比 (ER) 为 23.74 dB ，以及 TE (TM) 模式在 1.55 μm 处的反射损耗为 -30.6 dB (-4.94 dB)。此外，当 ER > 15 dB 和 IL < 0.9 dB 时，带宽可达 150 nm。此外，还研究了关键结构参数的制造公差，并介绍了通过本装置的场演变。SWG 和带状波导之间的高效过渡用于外部 SWG 波导的末端。结果表明，当 HPW 的段数为 6 时，实现了长度约 9 μm 的紧凑型器件，插入损耗 (IL) 为 0.56 dB (TE)，消光比 (ER) 为 23.74 dB ，以及 TE (TM) 模式在 1.55 μm 处的反射损耗为 -30.6 dB (-4.94 dB)。此外，当 ER > 15 dB 和 IL < 0.9 dB 时，带宽可达 150 nm。此外，还研究了关键结构参数的制造公差，并介绍了通过本装置的场演变。SWG 和带状波导之间的高效过渡用于外部 SWG 波导的末端。结果表明，当 HPW 的段数为 6 时，实现了长度约 9 μm 的紧凑型器件，插入损耗 (IL) 为 0.56 dB (TE)，消光比 (ER) 为 23.74 dB ，以及 TE (TM) 模式在 1.55 μm 处的反射损耗为 -30.6 dB (-4.94 dB)。此外，当 ER > 15 dB 和 IL < 0.9 dB 时，带宽可达 150 nm。此外，还研究了关键结构参数的制造公差，并介绍了通过本装置的场演变。在 1.55 μm 处，TE (TM) 模式为 56 dB (TE)，消光比 (ER) 为 23.74 dB，反射损耗为 -30.6 dB (-4.94 dB)。此外，当 ER > 15 dB 和 IL < 0.9 dB 时，带宽可达 150 nm。此外，还研究了关键结构参数的制造公差，并介绍了通过本装置的场演变。在 1.55 μm 处，TE (TM) 模式为 56 dB (TE)，消光比 (ER) 为 23.74 dB，反射损耗为 -30.6 dB (-4.94 dB)。此外，当 ER > 15 dB 和 IL < 0.9 dB 时，带宽可达 150 nm。此外，还研究了关键结构参数的制造公差，并介绍了通过本装置的场演变。