弯曲波导结构设计.docx

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弯曲波导结构设计

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，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

部分的相速度会超过光速。

这就意味着在

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

，在

的场合下，可以得出

图1弯曲波导的导模场分布

再者，由图1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。

三、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－Dielectric1：

Name:

cladding

2DIsotropicRefractive：

1.442

3DIsotropicRefractive：

1.442

Name:

guide

2DIsotropicRefractive：

1.45

3DIsotropicRefractive：

1.45

Profiles－Channel：

Name:

channel

2DProfiledefinitionmaterial:

guide

晶体参数：

Profile：

channel

WaferDimensions参数：

Length:

800

Width:

50

2DWaferProperties参数：

Material：

cladding

2．添加波导和输入平面：

（1）波导参数如下表：

波导名称

Startoffset

Endoffset

Width

Waveguideradius

Horizontal

Vertical

Horizontal

Vertical

Arcwaveguide

0

-10

800

-8

4

4000

（2）添加输入平面

（3）输入面的参数中将Zposition的值设置为2.0000。

3、仿真并观察仿真结果。

4、设计原程序

SIMULATIONPARAMETERS

SimulationType:

2D

StartingField:

Type:

Modal

ZPosition:

2.000000

Label:

InputPlane1

Wavelength（祄）:

1.550000

GlobalReferenceIndex:

Type:

Modal

Value:

（1.44635996937882,0.00000000000000）

UserInterfaceConfiguration:

NumberofDisplays:

100

SimulationTechnique:

SimulateAsIs

2DPARAMETERS

Polarization:

TE

Mesh:

Numberofpoints/祄:

9.9800

Numberofpoints:

500

BPMSolver:

Paraxial

Engine:

FiniteDifference

SchemeParameter:

0.5000

PropagationStep:

1.5500

WaferWidth（祄）:

50.0000

BoundaryCondition:

PML

Layers:

6

TheoreticalReflectionCoefficient:

1.0000e-006

Non-LinearBPM:

UsingNon-LinearSimulation:

FALSE