用于硅基狭缝波导的高耦合效率模式转换器设计

发布时间：2023-05-18 21:17

　　利用硅基狭缝波导结构可以有效减小波导的有效模场面积,提高其中的光强密度,进而增强其非线性效应。为了保证非线性效应的高效发生,入射光需要尽可能多地从光纤耦合进硅基狭缝波导,减小耦合损耗。但是,光纤和硅基狭缝波导之间模场的形状和尺寸极不匹配,直接耦合损耗很大,因而需要设计从光纤到硅基狭缝硅波导的模式转换器,实现高效、宽带的模式转换。从光纤到硅基狭缝波导的模式转换分为两个步骤实现：第一步从光纤耦合到硅基条形波导,第二步从硅基条形波导再耦合到硅基狭缝波导。论文首先回顾了光波导的基本原理以及波导数值计算方法,基于波导的模场特性,设计了一种光纤到硅基条形波导的倒锥形模式转换器,通过降低波导高度和偏移尖端硅波导的方法实现了偏振不敏感且高效的耦合。当尖端宽度为0.1 μ.m,高度为250nm时,TE模总损耗为0.483 dB,TM模总损耗为0.653 dB。当尖端宽度小于50 nm时,可以实现偏振无关模式转换,两个模式的损耗均约为0.2 dB。通过分段设计,转换长度优化为234 μm。通过高度降低或者尖端偏移设计,偏振相关度可以降到0.11 dB以内,而TE/TM损耗都在0.4 dB左右。基于硅基狭缝...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 基于硅基波导端面耦合模式转换器的发展现状
    1.3 论文的主要内容及创新点
        1.3.1 论文主要内容
        1.3.2 论文的创新点
2 光波导的基本理论及其数值计算方法
    2.1 光波导概述
    2.2 平板光波导的理论分析
    2.3 条形光波导的理论分析
    2.4 数值计算方法
        2.4.1 光束传播法
        2.4.2 时域有限差分法
    2.5 本章小结
3 光纤与硅基条形硅波导端面耦合模式转换器设计
    3.1 引言
    3.2 耦合过程中的损耗分析
        3.2.1 光波导的损耗
        3.2.2 耦合结构产生的损耗
    3.3 光纤与硅基条形硅波导倒锥形端面耦合模式转换器设计
        3.3.1 模式转换器的结构与基本原理
        3.3.2 模式转换器的结构参数设计
        3.3.3 模式转换器的长度优化
    3.4 倒锥形端面耦合偏振不敏感模式转换器设计
    3.5 本章小结
4. 硅基狭缝波导和硅基条形硅波导的模式转换器设计
    4.1 引言
    4.2 硅基狭缝波导的特性
    4.3 硅基条形波导和硅基狭缝波导耦合模式转换器设计
        4.3.1 硅基条形波导和硅基狭缝波导耦合模式转换器结构
        4.3.2 模式转换器几何参数的确定
        4.3.3 模式转换器的带宽特性
    4.4 模式转换器的进一步优化
    4.5 实验可行性说明及测试方法
    4.6 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及在学期间取得的科研成果



本文编号：3819008