基于二维光子晶体三模式模分复用/解复用器的设计与性能分析

发布时间：2021-02-06 22:04

　　提出了一种1550nm波长的二维正方晶格光子晶体三模式模分复用/解复用器。该器件由两个非对称定向耦合结构组成,可以实现TE0、TE1和TE2模式的模分复用与解复用。同时为了防止波导耦合处的模式失配问题,波导耦合处采用了渐变结构。利用时域有限差分法和平面波展开法对其性能进行分析,结果表明:该器件在1550nm波长TE0、TE1和TE2模式的模分复用/解复用的插入损耗低于0.14dB,信道串扰低于-20dB。 

【文章来源】：激光与光电子学进展. 2017,54(02)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图３（ａ）直角单模波导归一化频率曲线；（ｂ）公共波导传播常数随波导宽边变化曲线Ｆｉｇ．３（ａ）Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｕｒｖｅｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅｗａｖｅｇｕｉｄｅｗｉｔｈｒｉｇｈｔａｎｇｌｅ；

５４，０２０６０２（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图４（ａ）ＴＥ０与ＴＥ１（ｂ）ＴＥ０与ＴＥ２相互转换的模式稳态场强分布图Ｆｉｇ．４Ｓｔｅａｄｙｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒｍｏｄｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（ａ）ＴＥ０ａｎｄＴＥ１ａｎｄ（ｂ）ＴＥ０ａｎｄＴＥ２图５（ａ）未包含渐变波导的公共波导结构；（ｂ）包含渐变波导的公共波导结构；（ｃ）未包含渐变波导时，波导透射率示意图；（ｄ）包含渐变波导时，波导透射率示意图Ｆｉｇ．５（ａ）Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｔａｐｅｒｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ；（ｂ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｔａｐｅｒｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ；（ｃ）ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｗｉｔｈｏｕｔｔａｐｅｒｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ；（ｄ）ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｗｉｔｈｔａｐｅｒｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅＲｓｏｆｔ软件计算得到未采用渐变波导结构的公共波导其透射率明显低于采用了渐变波导的结构，结果如图５（ｃ）、５（ｄ）所示。可以看出采用渐变波导衔接的结构可有效提高透射率，抑制模式失配。３仿真结果与分析３．１模分复用仿真分析利用ＦＤＴＤ仿真分析本文设计的光子晶体三模式模分复用器的性能。对于复用过程，在端口１输入波长为１５５０ｎｍ的ＴＥ０模光波，其稳定模场图如图６（ａ）所示，图６（ａ）表示波导Ｇ１中ＴＥ０模光波在传输过程中没有发生任何模式转换最终进入波导Ｇ３。同时检测耦合进波导Ｇ３的透射率Ｔ１－３，耦合进入波导Ｇ４的透射

５４，０２０６０２（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图６（ａ）复用过程ＴＥ０稳定模场分布图；（ｂ）～（ｄ）复用过程各波导的透射率Ｆｉｇ．６（ａ）ＳｔｅａｄｙｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒＴＥ０ＭＭＵＸ；（ｂ）－（ｄ）ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｏｆｅａｃｈｗａｖｅｇｕｉｄｅＭＭＵＸ图７（ａ）复用过程ＴＥ１稳定模场分布图；（ｂ）～（ｄ）复用过程各波导透射率Ｆｉｇ．７（ａ）ＳｔｅａｄｙｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒＴＥ１ＭＭＵＸ；（ｂ）－（ｄ）ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｏｆｅａｃｈｗａｖｅｇｕｉｄｅＭＭＵＸＴＥ２模耦合进入主波导并最终进入波导Ｇ３。同时检测耦合进波导Ｇ３的透射率Ｔ５－３，耦合进入波导Ｇ１的透射率Ｔ５－１，以及耦合进入波导Ｇ４的透射率Ｔ５－４，结果如图８（ｂ）～（ｄ）所示。由上述可知，１５５０ｎｍ波长ＴＥ０，ＴＥ１模的复用透射率较高，达到９７．５％以上，１５５０ｎｍ波长ＴＥ０，ＴＥ２模的复用透射率高达９８％以上，并且耦合进相邻信道的辐射强度都较低，达到１０－３量级。３．２模分解复用仿真分析同理对解复用过程进行仿真分析，在端口４输入波长为１５５０ｎｍ的ＴＥ０模光波，其稳定模场图如图９（ａ）所示，Ｇ３波导中ＴＥ０模光波在传输过程中没有发生任何模式转换最终进入波导Ｇ１。同时检测耦合进入波导Ｇ１的透射率Ｔ３－１，耦合进入波导Ｇ４的透射率Ｔ

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多芯少模光纤位移传感器的研究[J]. 张玉龙,贾大功,李帅,吉喆,张红霞,刘铁根,张以谟.  中国激光. 2014(09)
[2]少模光纤模式差分群时延的设计与优化[J]. 谢意维,付松年,张海亮,唐明,沈平,刘德明.  光学学报. 2013(09)
[3]耦合模理论及其在光纤光学中的应用[J]. 钱景仁.  光学学报. 2009(05)
[4]少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量[J]. 徐俊娇,李杰,戎华北,石志东,董小鹏.  光学学报. 2008(03)



本文编号：3021164