SOI多模干涉耦合器研究.pdf

1、隨著通信網絡和集成光學器件需求的迅速發(fā)展,SOI光波導技術的應用前景越來越廣。基于自映像效應的多模干涉(MMI)光耦合器具有結構緊湊、插入損耗低、頻帶寬、制作工藝簡單等優(yōu)點,日益得到重視。本論文從MMI耦合器的基本結構和工作原理出發(fā),分析研究了MMI耦合器長度、寬度等參數(shù)對器件性能的影響。在普通MMI耦合器的基礎上優(yōu)化設計出一種新穎的SOI可調式2×2 MMI耦合器；模擬設計了一種基于多模干涉的解復用器,實現(xiàn)了1.30μm和1.55μm

2、波長光信號的分離。 運用導模展開法分析了MMI耦合器的基本原理。推導出MMI耦合器的一般成像公式,并進一步分析了限制性成對干涉和對稱干涉成像。運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脊波導的結構性能。闡述了可調式MMI耦合器通過區(qū)域調制實現(xiàn)功率可調式輸出的基本原理。研究了普通可調式2×2

3、 MMI耦合器的結構以及工作原理。運用BPM模擬分析了多模波導的長度、寬度、中心波長等參數(shù)對器件性能的影響。模擬實現(xiàn)了調制不同調制區(qū)域實現(xiàn)任意功分比輸出。 提出了一種具有創(chuàng)新意義的2×2可調式MMI耦合器結構。多模波導的輸出端引入兩個S形彎曲波導以減小多模波導末端的反射損耗,并在多模波導與輸入輸出波導接口處引入適當?shù)腻F結構以減小內部損耗。使用BPM模擬仿真,得到實現(xiàn)TE、TM模式偏振不相關的多模波導長度以及輸出功率隨多模波導輸入

4、輸出端各個錐結構尺寸參數(shù)的變化曲線。最終確定最優(yōu)化的可調式MMI耦合器結構。新穎的2×2可調式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性；有效提升了總輸出功率,約達到歸一化功率的0.8。通過模擬仿真,新穎的可調式MMI耦合器有效的增加了器件的輸入輸出波導橫向制作容差,另外增加輸入輸出波導的寬度也能夠增大器件的制作容差。 提出并設計了一種基于多模干涉的解復用器,實現(xiàn)了輸入光信號中1.30μm波段交叉態(tài)輸出,1.