用于硅基狹縫波導的高耦合效率模式轉換器設計.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、利用硅基狹縫波導結構可以有效減小波導的有效模場面積,提高其中的光強密度,進而增強其非線性效應。為了保證非線性效應的高效發(fā)生,入射光需要盡可能多地從光纖耦合進硅基狹縫波導,減小耦合損耗。但是,光纖和硅基狹縫波導之間模場的形狀和尺寸極不匹配,直接耦合損耗很大,因而需要設計從光纖到硅基狹縫硅波導的模式轉換器,實現(xiàn)高效、寬帶的模式轉換。
  從光纖到硅基狹縫波導的模式轉換分為兩個步驟實現(xiàn):第一步從光纖耦合到硅基條形波導,第二步從硅基條形波

2、導再耦合到硅基狹縫波導。論文首先回顧了光波導的基本原理以及波導數(shù)值計算方法,基于波導的模場特性,設計了一種光纖到硅基條形波導的倒錐形模式轉換器,通過降低波導高度和偏移尖端硅波導的方法實現(xiàn)了偏振不敏感且高效的耦合。當尖端寬度為0.1μm,高度為250nm時,TE模總損耗為0.483 dB,TM模總損耗為0.653 dB。當尖端寬度小于50nm時,可以實現(xiàn)偏振無關模式轉換,兩個模式的損耗均約為0.2 dB。通過分段設計,轉換長度優(yōu)化為234

3、μm。通過高度降低或者尖端偏移設計,偏振相關度可以降到0.11 dB以內,而TE/TM損耗都在0.4 dB左右。
  基于硅基狹縫波導模場的特性,設計了一種硅基條形波導到硅基狹縫波導的模式轉換器,在轉換長度為20μm、最小結構尺寸不低100 nm的條件下,實現(xiàn)了99.2%的轉換效率,高于95%轉換效率的帶寬為200 nm。通過進一步優(yōu)化錐形波導的尖端寬度,轉換長度減少了3μm,而帶寬提高100 nm,實現(xiàn)了高效、寬帶、結構緊湊、易

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