多模干涉耦合器的设计

1、实验二：多模干涉耦合器的设计一、实验目的：1、掌握多模干涉耦合器的结构、工作原理2、了解多模干涉耦合器的分析方法及其仿真技术二、实验原理：如图1所示，多模干涉耦合器(MMI Device)的关键结构是一个能传输多个模 式(一般3个)的多模波导，为了使光输入和输出多模波导，还必须有一些波导(一 般为单模波导)放置在多模波导的起的结构示意图始端和终止端，具有这种结构 的器件被称为N xM多模干涉耦合器.其中N和M分别为输入和输出波导数.多模干涉耦合器的工作原理是基于Ulrich发现的多模波导自映像效应.它是 多模波导中被激励起来的多个模式间的相长性干涉的结果.由于自映像效应，沿 波导的传播方向将周

2、期性地产生输人场的一个或多个像.输入波导一 耦合波导输出波导Ty图1多模干涉耦合器机构示意图图1所示多模波导起始端的坐标为在ZH 0,设该处光场横向分布为寸( Q)。输 入场 ( y ,)可以写成所有模(包括辐射模)的线性叠加 TOC o 1-5 h z W (y,0) = X Cu (y)( 1)u其中WJ y )为u次模的光场分布，七为场激励系数，可由模式正交性得到：C。= Jw (y，0)W (y)dy / Jw：(y)dy( 2)在多模渡导任一截面场分布可以写成所有导模的叠加：m1w (y, z) = X C W (y)e j( p0-pu)z(3)u = 0在多模波导区.由于不同模式

3、传播速度不同.存在着传播常数差，显然当Z 不等于0时，不同模式的相位发生了相对移动，从而使不同模式间的相位关系与 人射时候不再相同。正是由于这种不同模式问的相位的相对移动，使得多模波导 不同位置处光场横向分布和多模波导起始端(z=0处)的光场横向分布比较发生了 变化。令L =兀/(。-P )，其中。,。分别是0次模和1次模的传播常数,(3 )式可改写 兀0101为：V (y ,0) =Zc v (y )exp j 之u u U.= 0 、由上式可得到多模波导任一截面的横向场分布。三、实验内容：利用OptiBPM6.0设计一个1 x 4的多模干涉耦合器，观察并分析相关结果。四、实验方法：1、创建

4、材料库：输入材料库参数。输入晶体参数。Initial Properties2D Wafer Fr up er t i e e3D Wafer Fr up er t i e eW avegui de Fr up er t i e eWafer DimerLEioilsWidth (uni&2.8Profiledech：irLel二二 qPrufileE And. MaterialsOKInitial PropertiesX2D Wafer Froperti es Wavegui de Properti es3D Wafer FropertiesW at er IlimenEi onsLength

5、 (ujti & 15UUWidth (um) 60Frcifiles And. Material?OK2、添加波导和输入平面: 波导参数如下表：波导名称Start offsetEnd offsetWidth备注Horizont alVerticalHorizont alVerticalLinearl001000默认输入波导Linear210001420048耦合波导Linear31000150019.6默认输出波导Linear4100015006.62默认输出波导Linear510001500-6.62默认输出波导Linear610001500-19.6默认输出波导(1)依次按照如下4图的步

6、骤添加波导。|-n1 X|0ptiBPB Designer 9.0 - OptiBFI Designer 9.01File Edit View Tools Draw Simulation Preferences Window Help昭电+ - omooo , 林|田麟 务/ |匕正匝|。 I 吵D D |罗芬罗j0.000Layout |日| Ret ”fex (n) - 3D XY Plane Vw40.00080.000160.0001200.0001240.0001280.0001320.000囹 OptiBFM . fNotificabon Error集成光学.皿实验三:二；：未命名

7、骨新建 Mm. gOptiEFM . .p. Profile . . . |g OptiBFM . . . EZ3 I S t lT:00Re ady130.400000-41.600000|画T给四个输出波导分配监控路径，并且插入输入面。输入面的参数中将Zposition的值设置为2.0000。ooodz 一oooooooriz，Layool 回 奴()- 3D X Pfaie ViewSo神ngNotes(4)添加一个输出波导时的仿真结果。3、运行完成后，观察MMI耦合的仿真结果2DModal 2.000000 InputPlane14、设计原程序:SIMULATION PARAMETER

8、SSimulation Type:Starting Field:Type:Z Position:Label:Wavelength （彳介）:1.550000Global Reference Index:Type:ModalValue:(3.29406443869522, 0.00000000000000)User Interface Configuration:Number of Displays:100Simulation Technique: Simulate As Is2D PARAMETERSPolarization:TEMesh:Number of points/ 祈：8.3167Number of points:500BPM Solver:Pade(1,1)Engine:Finite DifferenceScheme Parameter:0.5000Propagatio