弯曲波导结构设计

1、实验三：弯曲波导结构设计一、实验目的：1、掌握弯曲波导的结构、工作原理2、了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术二、实验原理：在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上， 附着上折射率比衬底略高、厚度 可以与光波长相比较的薄膜，光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波 导。在二维光波导的情况下，只有沿厚度方向对光是封闭的，因此波导中的光可 以沿表面自由传播。这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。 但是，实际 上利用光波导组成光调制器和光开关的时候， 光沿表面方向也必须是封闭的，光 波的分路、弯曲、耦合等也必须都能够控制，这就是三维光波导。作为变换光路用的三维光波导器件， 弯曲波导占据重要地位。其中

2、，弯曲半 径R越小，传输距离越短，越容易产生光路变换。但是弯曲波导的损耗随着弯 曲半径R的减小而增加。图1表示弯曲部分的导模场分布。在弯曲波导中，为 了使光波在传输过程中，其波面不被破坏，弯曲部分外侧波导光的相速度必须大 于内侧波导光的相速度。因此，在弯曲外侧所看到的光波中，在r rc部分的相速度会超过光速。这就意味着在r rc部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。 当设计弯曲波导时，正确评估这部分辐射损耗至关重要。 假定在弯曲部分伴随着 辐射而造成的波导光衰减常数为a,在aR 1的场合下，可以得出2 ：k：exp(2 Wa (N2 n2)k0 (2 SW)图1弯曲波导的导模场分布再者，由图1

3、可知，弯曲部分导模场分布偏向拐弯的外侧，该现象被称之为边缘模，这种场分布现象与波导的直线部分的场分布是不同的。由此而产生了弯曲部分入口处的场分布不匹配，入射光的部分功率辐射进衬底，这种损耗叫做模变换损耗，它与辐射损耗一起构成了决定弯曲波导损耗的主要原因、实验内容:利用OptiBPM6.0设计一个弯曲波导并观察并分析相关结果。四、实验方法:1、创建材料库:材料库参数：Materials Dielectricl :Name: cladd ing2D Isotropic Refractive : 1.442 3D Isotropic Refractive : 1.442Name: guide2D I

4、sotropicRefractive : 1.453D IsotropicRefractive : 1.45Profiles Channel:Name: cha nnel2D Profile definition material: guide晶体参数:Profile： channelWafer Dime nsions 参数：Len gth: 800Width:502D Wafer Properties参 数:Material: claddingIni ti al Freperti ex2D Yfafer Properties avsgui Pr ajsr3D Wsfsr Fr opsrti

5、ITifer TinnsionsLeng th 何m拎 600|Width Gim0KCancelHelpProfiles Ad!al e2 添加波导和输入平面:(1)波导参数如下表:波导名称Start offsetEnd offsetWidthWaveguide radiusHoriz on talVerticalHoriz on talVerticalArc waveguide0-10800-844000(2)添加输入平面 HGlK 衣屯 G & ¥+ - |o.2aooo _wj E 峙- 掙弊 壬屯冬驶(3)输入面的参数中将Z position的值设置为2.0000。

6、Input PlamB? XGlobal Dtt* Irout Fields 2D Input Fields 3D |3 taiFi>d.dr* ModeGiLUiEi wRtctuipilurFiltLabsl flnputTlarelz rnpit Flui» EnablZ Pgsi ti anExpresii oOf£S«'p*5i ti<OK CancGHelpIapTil. ?i ddtapl i.i udFIulh.mL MfflTO6k CTKKOT-匕LjFi» 50? p： DOOM-$ BBZ*2fl<Ior

7、|匚 wrilFUlp扌工: -dsxI _I»>|=|沏|叶*:FhSiBwlvit i 013 Paj-aaetersGlobal Data2D«Lecl.Stw lingModalRefer ence IndLesc£D .ArdUnknownUs er inttrfae* * configurationAvtr电Number ofUserCancelKftlp3、仿真并观察仿真结果。Film JrcFtr«r.ct5 曲卩寻便, il 天Q叫叱畿 冲音，Re <r A I Ph拍2dLmgi皿祀IdRtiMM ndte Out4、设计

8、原程序SIMULATION PARAMETERSSimulati on Type:2DStarting Field:Type:ModalZ Positio n:2.000000Label:In putPla ne1Wavele ngth (祄):1.550000Global Refere nee In dex:Type:ModalValue:(1.44635996937882, 0.00000000000000)User In terfaee Con figurati on:Number of Displays:100Simulatio n Tech niq ue: Simulate As Is2D PARAMETERSMesh:Number of points/ 祄:9.9800Number of po ints:500BPM Solver:ParaxialEngine:Fin ite Differe neeScheme Parameter:0.5000Propagati on Step:1.5500Wafer Width （祄）:50.0