硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法技术

技术编号:7808933 阅读:213 留言:0更新日期:2012-09-27 07:35
硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法,涉及一种基于逐步近似法的TE模式的硅基微环谐振器耦合损耗的计算方法。鉴于目前没有针对硅基微环谐振器的耦合损耗计算方法的问题,本发明专利技术的硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法,首先利用逐步近似方法,将微环谐振器的环形波导近似为多个相互平行的直线型波导组;然后,利用波导方程和TE模式的边界条件,对波导组分别计算光波在其中的模式转换系数和透射系数,计算在每个波导组由于模式转换效应造成的能量损耗;最终,整个耦合区域的耦合损耗就是每个波导组能量损耗的总和。本发明专利技术的耦合损耗计算方法,填补了计算耦合损耗的理论方法的空白。本发明专利技术方法用MATLAB即可实现,计算时间快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种,尤其是涉及ー种基于逐步近似法的TE模式的硅基微环谐振器耦合损耗的计算方法。
技术介绍
在过去的几十年,光子器件,例如波分复用器、光调制器和片上网络光互联,已经广泛的应用在大規模光子集成系统中。而这些光子器件已经逐渐用硅基微环谐振器来实现,因为其具有高折射率对比度和兼容于CMOSエ艺的优点,硅基微环谐振器可以实现微米量级的尺寸,推动了高度集成光子芯片的发展。在硅基超紧凑型微环谐振器中,光波导的横截面尺寸最小为220nmX445nm,可以实现单模传输。在微环谐振器中,包含两种类型的光波导,一种是直线型光波导,另ー种是 环形光波导。直线型波导和环形波导,通过耦合间隙耦合在一起。当基模光信号,沿直线型波导传输到耦合区域时,根据光信号的耦合原理,一部分光信号会穿过耦合间隙进入环形波导之中。而另一部分会沿着直线型波导继续传播。在这个过程中,尽管光波会从直波导耦合到环形波导中,但由于耦合间隙沿直线型波导方向的不均匀性,在耦合区域会发生模式转换,从基模转换成高阶模式。根据超紧凑型波导的单模传输特性,高阶模式在波导中是截止的。因此,耦合到高阶模式的光能量就会损失到波导之外,造成损耗。也就是,因为在率禹和区域存在模式转换效应,产生了ー种额外的光学损耗,称之为稱合损耗(參见文献[I」 Y. A. Vlasov and b. J. McNab, Losses in single-mode silicon-on-insulatorstrip waveguides and bends, Optics Express ; [2] F. N. Xia, L. Sekaric, and Y.A. Vlasov, Mode conversion losses in siIicon-on-insulator photonic wire basedracetrack resonators, Optics. Express ; [3] A. M. Prabhu, A. Tsay, Z. H. Han,and V. Van, Ultracompact SOI Microring Add-Drop Filter With Wide Bandwidth andWide FSR,〃 IEEE)。在文献(A.M. Prabhu, A. Tsay, Z. H. Han, and V. Van, ExtremeMiniaturization of Silicon Add-Drop Microring Filters for VLSI PhotonicsApplications, 〃 IEEE)中,指出对于超紧凑型微环谐振器中的f禹合损耗已经占光子集成系统总损耗的重要部分。在光子集成系统中,低损耗是研究学者一直追求的目标,因为低损耗不但可以降低系统能耗,还可以使系统的产热大大減少。但是,直到现在,仍没有通过理论表达式来计算微环谐振器中的耦合损耗的报道。
技术实现思路
鉴于目前没有针对硅基微环谐振器的耦合损耗计算方法的问题,本专利技术提供ー种。本专利技术的,首先利用逐步近似方法,将微环谐振器的环形波导近似为多个相互平行的直线型波导组;然后,利用波导方程和TE模式的边界条件,对波导组分别计算光波在其中的模式转换系数和透射系数,计算在每个波导组由于模式转换效应造成的能量损耗;最終,整个耦合区域的耦合损耗就是每个波导组能量损耗的总和。具体步骤如下 A、在娃基超紧凑型微环谐振器中,光波导的横截面尺寸最小可以实现220nmX445nm,光波长为I. 55 I. 70 μ m,因为TE模式在这样的波导内满足单模传输,尺寸紧凑,环形波导的弯曲半径可以小于5 μ m。B、微环谐振器的环形波导的弯曲半径记为ガ。对环形波导利用逐步近似方法,将其分解为相互平行的矩形波导组,用相互平行的波导代替环形波导。C、TE模的ー阶导波和ニ阶的非导波模式的电场分布可以表示为本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法,其特征在于所述计算方法如下 首先,利用逐步近似方法,将微环谐振器的环形波导近似为多个相互平行的直线型波导组; 然后,利用波导方程和TE模式的边界条件,对波导组分别计算光波在其中的模式转换系数和透射系数,计算在每个波导组由于模式转换效应造成的能量损耗; 最終,整个耦合区域的耦合损耗就是每个波导组能量损耗的总和。2.根据权利要求I所述的硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法,其特征在于所述微环谐振器为娃基超紧凑型微环谐振器,光波导的横截面尺寸最小为220nmX445nm,光波长为 I. 55 I. 70 μ m。3.根据权利要求I所述的硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法,其特征在于所述环形波导的弯曲半径/ 小于5 μ m。4.根据权利要求I所述的硅基微环谐振器中耦合损耗的计算方法,其特征在于所述逐步近似方法为将微环谐振器分成同样的四部分,每小部分的直波导长度为ん在直波导上取#个节点...

【专利技术属性】
技术研发人员:左宝君胡海力范志刚陈守谦刘建军
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:

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