用于硅基狹縫波導(dǎo)的高耦合效率模式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì).pdf

1、利用硅基狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以有效減小波導(dǎo)的有效模場(chǎng)面積，提高其中的光強(qiáng)密度，進(jìn)而增強(qiáng)其非線性效應(yīng)。為了保證非線性效應(yīng)的高效發(fā)生，入射光需要盡可能多地從光纖耦合進(jìn)硅基狹縫波導(dǎo)，減小耦合損耗。但是，光纖和硅基狹縫波導(dǎo)之間模場(chǎng)的形狀和尺寸極不匹配，直接耦合損耗很大，因而需要設(shè)計(jì)從光纖到硅基狹縫硅波導(dǎo)的模式轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)高效、寬帶的模式轉(zhuǎn)換。
　　從光纖到硅基狹縫波導(dǎo)的模式轉(zhuǎn)換分為兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn):第一步從光纖耦合到硅基條形波導(dǎo)，第二步從硅基條形波

2、導(dǎo)再耦合到硅基狹縫波導(dǎo)。論文首先回顧了光波導(dǎo)的基本原理以及波導(dǎo)數(shù)值計(jì)算方法，基于波導(dǎo)的模場(chǎng)特性，設(shè)計(jì)了一種光纖到硅基條形波導(dǎo)的倒錐形模式轉(zhuǎn)換器，通過(guò)降低波導(dǎo)高度和偏移尖端硅波導(dǎo)的方法實(shí)現(xiàn)了偏振不敏感且高效的耦合。當(dāng)尖端寬度為0.1μm，高度為250nm時(shí)，TE?？倱p耗為0.483 dB，TM?？倱p耗為0.653 dB。當(dāng)尖端寬度小于50nm時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)模式轉(zhuǎn)換，兩個(gè)模式的損耗均約為0.2 dB。通過(guò)分段設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度優(yōu)化為234

3、μm。通過(guò)高度降低或者尖端偏移設(shè)計(jì)，偏振相關(guān)度可以降到0.11 dB以內(nèi)，而TE/TM損耗都在0.4 dB左右。
　　基于硅基狹縫波導(dǎo)模場(chǎng)的特性，設(shè)計(jì)了一種硅基條形波導(dǎo)到硅基狹縫波導(dǎo)的模式轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度為20μm、最小結(jié)構(gòu)尺寸不低100 nm的條件下，實(shí)現(xiàn)了99.2％的轉(zhuǎn)換效率，高于95％轉(zhuǎn)換效率的帶寬為200 nm。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化錐形波導(dǎo)的尖端寬度，轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度減少了3μm，而帶寬提高100 nm，實(shí)現(xiàn)了高效、寬帶、結(jié)構(gòu)緊湊、易