弯曲波导结构设计

实验三：弯曲波导结构设计一、实验目的：1、 掌握弯曲波导的结构、工作原理2、 了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术二、实验原理：在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上，附着上折射率比衬底略高、厚度可以与光波长相比较的薄膜，光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波导。在二维光波导的情况下，只有沿厚度方向对光是封闭的，因此波导中的光可以沿表面自由传播。这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。但是，实际上利用光波导组成光调制器和光开关的时候，光沿表面方向也必须是封闭的，光波的分路、弯曲、耦合等也必须都能够控制，这就是三维光波导。作为变换光路用的三维光波导器件，弯曲波导占据重要地位。其中，弯曲半径R越小，传输距离越短，越容易产生光路变换。但是弯曲波导的损耗随着弯曲半径R的减小而增加。图1表示弯曲部分的导模场分布。在弯曲波导中，为了使光波在传输过程中，其波面不被破坏，弯曲部分外侧波导光的相速度必须大于内侧波导光的相速度。因此，在弯曲外侧所看到的光波中，在部分的相速度会超过光速。这就意味着在部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。当设计弯曲波导时，正确评估这部分辐射损耗至关重要。假定在弯曲部分伴随着辐射而造成的波导光衰减常数为，在的场合下，可以得出图1 弯曲波导的导模场分布再者，由图1可知，弯曲部分导模场分布偏向拐弯的外侧，该现象被称之为边缘模，这种场分布现象与波导的直线部分的场分布是不同的。由此而产生了弯曲部分入口处的场分布不匹配，入射光的部分功率辐射进衬底，这种损耗叫做模变换损耗，它与辐射损耗一起构成了决定弯曲波导损耗的主要原因。三、实验内容：利用OptiBPM6.0设计一个弯曲波导并观察并分析相关结果。四、实验方法：1、创建材料库：材料库参数：MaterialsDielectric1：Name: cladding2D Isotropic Refractive ：1.4423D Isotropic Refractive ：1.442Name: guide2D Isotropic Refractive ：1.453D Isotropic Refractive ：1.45ProfilesChannel：Name: channel2D Profile definition material: guide 晶体参数： Profile：channel Wafer Dimensions参数：Length: 800Width:50 2D Wafer Properties参数： Material：cladding2添加波导和输入平面： （1）波导参数如下表：波导名称Start offsetEnd offsetWidthWaveguide radiusHorizontalVerticalHorizontalVerticalArc waveguide0-10800-844000 （2）添加输入平面（3）输入面的参数中将Z position 的值设置为2.0000。3、仿真并观察仿真结果。4、设计原程序SIMULATION PARAMETERSSimulation Type:2DStarting Field:Type:ModalZ Position:2.000000Label:InputPlane1Wavelength (祄):1.550000Global Reference Index:Type:ModalValue:(1.44635996937882, 0.00000000000000)User Interface Configuration:Number of Displays:100Simulation Technique:Simulate As Is2D PARAMETERSPolarization:TEMesh:Number of points/祄:9.9800Number of points:500BPM Solver:ParaxialEngine:Finite DifferenceScheme Parameter:0.5000Propagation Step:1.5500Wafer Width (祄):50.0000Boundary Condition:PMLLayers:6Th