微環(huán)諧振器的精確數(shù)值模擬.pdf

1、微環(huán)諧振器(micro-ring resonator)憑借其強(qiáng)大的光信號處理能力，廣泛地應(yīng)用于各種有源和無源光學(xué)系統(tǒng)中，并且由于具有工藝簡單、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，微環(huán)被認(rèn)為是未來大規(guī)模集成光子回路的基礎(chǔ)性元器件。為了能夠微環(huán)諧振器的器件性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須采用精確、嚴(yán)格的光波導(dǎo)分析方法。
　　 目前微環(huán)諧振器的分析方法主要是基于參數(shù)(如耦合器的耦合系數(shù)，彎曲波導(dǎo)的輻射損耗等)的模型，本文論文從微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)尺寸出發(fā)，利用全矢量模

2、式匹配理論計(jì)算彎曲波導(dǎo)和直波導(dǎo)的傳播常數(shù)，利用耦合模理論計(jì)算彎直波導(dǎo)耦合器的散射矩陣，最后得到微環(huán)諧振器的頻譜響應(yīng)曲線。開展的主要工作和取得的主要成果有：
　　 (1)分析微環(huán)諧振器的基本工作原理，與FP 濾波器進(jìn)行了比較。定性分析了微環(huán)諧振器的標(biāo)準(zhǔn)模型。微環(huán)諧振器由為兩段彎曲波導(dǎo)和兩個(gè)彎直波導(dǎo)耦合器組成，由彎曲波導(dǎo)的傳播常數(shù)和彎直波導(dǎo)耦合器的散射矩陣可以確定整個(gè)微環(huán)諧振器的傳輸特性。
　　 (2)論述了全矢量模式匹配法

3、的基本理論，包括適用于彎曲波導(dǎo)的模式匹配法和適用于直波導(dǎo)的模式匹配法。求解了脊型彎曲波導(dǎo)、條型彎曲波導(dǎo)、條型直波導(dǎo)和臺(tái)階型直波導(dǎo)中的本征模式。半徑為50 μm和12 μm的條形波導(dǎo)的計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)波導(dǎo)的彎曲半徑減小時(shí)，發(fā)生在分界面處的TE-TM模耦合會(huì)顯著增強(qiáng)，這將導(dǎo)致彎曲波導(dǎo)中的模式不再是傳統(tǒng)意義上的TE模和TM模，而是混合模。
　　 (3)論述了模式耦合理論的基本原理，建立了彎直波導(dǎo)耦合器的模型，從洛侖茲互易定理出發(fā)導(dǎo)出了

4、彎直波導(dǎo)耦合器內(nèi)的光波場所滿足的耦合模方程，求解耦合模方程得到描述彎直波導(dǎo)耦合器的傳輸特性的散射矩陣。討論了散射矩陣元與微環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系以及散射矩陣元的波長相關(guān)性。
　　 (4)論述了微環(huán)諧振器的標(biāo)準(zhǔn)模型，利用快速頻譜計(jì)算技術(shù)得到了微環(huán)諧振器的頻譜響應(yīng)曲線。
　　 (5)微環(huán)諧振器的諧振波長表現(xiàn)出明顯的偏振相關(guān)性，這使得微環(huán)可以用作對波長敏感的偏振分束器。分析了基于微環(huán)諧振器的偏振分束器的器件性能，討論了偏振分束比