SOI多模干涉耦合器研究.pdf

1、隨著通信網(wǎng)絡(luò)和集成光學(xué)器件需求的迅速發(fā)展,SOI光波導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用前景越來(lái)越廣?；谧杂诚裥?yīng)的多模干涉(MMI)光耦合器具有結(jié)構(gòu)緊湊、插入損耗低、頻帶寬、制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),日益得到重視。本論文從MMI耦合器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā),分析研究了MMI耦合器長(zhǎng)度、寬度等參數(shù)對(duì)器件性能的影響。在普通MMI耦合器的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新穎的SOI可調(diào)式2×2 MMI耦合器；模擬設(shè)計(jì)了一種基于多模干涉的解復(fù)用器,實(shí)現(xiàn)了1.30μm和1.55μm

2、波長(zhǎng)光信號(hào)的分離。 運(yùn)用導(dǎo)模展開法分析了MMI耦合器的基本原理。推導(dǎo)出MMI耦合器的一般成像公式,并進(jìn)一步分析了限制性成對(duì)干涉和對(duì)稱干涉成像。運(yùn)用有限差分束傳輸法(FD-BPM)研究了MMI耦合器中光波傳播的特性,詳細(xì)分析了旁軸和廣角BPM;透明邊界條件(TBC)和完美匹配層(PML)邊界處理方法。 分析研究了SOI脊波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)性能。闡述了可調(diào)式MMI耦合器通過(guò)區(qū)域調(diào)制實(shí)現(xiàn)功率可調(diào)式輸出的基本原理。研究了普通可調(diào)式2×2

3、 MMI耦合器的結(jié)構(gòu)以及工作原理。運(yùn)用BPM模擬分析了多模波導(dǎo)的長(zhǎng)度、寬度、中心波長(zhǎng)等參數(shù)對(duì)器件性能的影響。模擬實(shí)現(xiàn)了調(diào)制不同調(diào)制區(qū)域?qū)崿F(xiàn)任意功分比輸出。 提出了一種具有創(chuàng)新意義的2×2可調(diào)式MMI耦合器結(jié)構(gòu)。多模波導(dǎo)的輸出端引入兩個(gè)S形彎曲波導(dǎo)以減小多模波導(dǎo)末端的反射損耗,并在多模波導(dǎo)與輸入輸出波導(dǎo)接口處引入適當(dāng)?shù)腻F結(jié)構(gòu)以減小內(nèi)部損耗。使用BPM模擬仿真,得到實(shí)現(xiàn)TE、TM模式偏振不相關(guān)的多模波導(dǎo)長(zhǎng)度以及輸出功率隨多模波導(dǎo)輸入

4、輸出端各個(gè)錐結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變化曲線。最終確定最優(yōu)化的可調(diào)式MMI耦合器結(jié)構(gòu)。新穎的2×2可調(diào)式MMI耦合器提高了器件的性能,有效的減小了插入損耗和偏振相關(guān)性；有效提升了總輸出功率,約達(dá)到歸一化功率的0.8。通過(guò)模擬仿真,新穎的可調(diào)式MMI耦合器有效的增加了器件的輸入輸出波導(dǎo)橫向制作容差,另外增加輸入輸出波導(dǎo)的寬度也能夠增大器件的制作容差。 提出并設(shè)計(jì)了一種基于多模干涉的解復(fù)用器,實(shí)現(xiàn)了輸入光信號(hào)中1.30μm波段交叉態(tài)輸出,1.