用于硅基狹縫波導的高耦合效率模式轉(zhuǎn)換器設(shè)計.pdf

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

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

3、μm。通過高度降低或者尖端偏移設(shè)計，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。
　　基于硅基狹縫波導模場的特性，設(shè)計了一種硅基條形波導到硅基狹縫波導的模式轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換長度為20μm、最小結(jié)構(gòu)尺寸不低100 nm的條件下，實現(xiàn)了99.2％的轉(zhuǎn)換效率，高于95％轉(zhuǎn)換效率的帶寬為200 nm。通過進一步優(yōu)化錐形波導的尖端寬度，轉(zhuǎn)換長度減少了3μm，而帶寬提高100 nm，實現(xiàn)了高效、寬帶、結(jié)構(gòu)緊湊、易