锥形多模干涉耦合器一般成像特性分析

锥形多模干涉耦合器克服了传统多模干涉(MMI)耦合器结构尺寸大的缺点,满足当前集成光器件高集成度的要求.其成像特性对设计基于它的集成光器件至关重要.根据多模干涉耦合器的自映像原理,对锥形多模干涉耦合器成像特性进行分析,发现成像特性与输入场位置、位置数、多模波导初始宽度及渐变率等参量密切相关,得到成像位置的解析表达式并总...     

多模干涉耦合器中重叠像相干相消现象分析

根据多模干涉耦合器的自映像原理和重叠成像的规律, 首次提出多模干涉耦合器中存在重叠像相干相消现象, 推导了重叠像相干相消现象出现的条件. 在此基础上, 对对称干涉和成对干涉两种特殊重叠成像做出解释, 得出对称干涉和成对干涉成像个数及成像位置的表达式. 用实例证明了重叠像相干相消现象并不只存在于成对干涉和对称干涉两种特殊情况, 并总结了重叠像相干相消随位置数变化的规律. 用导模传输分析法验证了所得表达式和成像规律的正确性. 关键词： 集成光学 多模干涉耦合器 相干相消 导模传输分析法     

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。     

不同衬底折射率的多模干涉耦合器

设计了一种具有不同衬底折射率的新型多模干涉耦合器,在多模波导区引入了更强的光场限制,激发更高阶的导模,从而提高映像质量.采用二维有限差分波束传播方法模拟了这种新型的结构,结果表明:与传统结构相比,以功率均衡性和附加损耗为衡量标准的映像质量有了明显提高.这种结构可以应用于三维SOI脊形波导中.     

二维限制多模干涉器自镜像效应分析

采用导模传输分析法对二维限制多模干涉器的自镜像效应进行分析，并用三维作矢量光束传输法对其分析结果作了进一步的验证。分析表明，一维限制多模干涉器的自镜像效应可以完全拓展到二维上。     

多模干涉马赫曾德尔光开关模型

根据N×N多模干涉耦合器的基本原理 ,确定了多模干涉耦合器的结构参数。通过分析多模干涉耦合器的输入光场与其映像间的相位关系 ,提出了模传输矩阵的分析方法 ,并用此方法分析了N×N普通干涉多模干涉耦合器、N×N相移器以及N×N普通干涉多模干涉马赫 曾德尔光开关 ,得到了它们的模场传输方程 ,分析了光开关在光场从任一输入端输入 ,从任一输出端输出时开关的驱动条件。用上面的方法分析了 4× 4光开关的结构及驱动条件     

一种基于多模干涉耦合器的模转换与合并器件的设计

多模波导干涉（MMI）耦合器在集成光路中被用来实现波导模式的转换或合并。对于实际的基于硅绝缘体（SOI）的三维波导，数值设计方法是必需的。采用有限差分波束传输法（FD-BPM）设计了一种66％模式转换、合并器。首先由FD-BPM求出MMI耦合器的输入、输出波导所支持的基模和一阶导模的模场分布，通过数值方法得到MMI耦合器的长度，然后将求得的模场作为输入波场，经过FD-BPM运算后在器件输出面上计算交叉积分得出实际的由基模转换为一阶模的功率百分比。对于算例中采用的SOI波导，器件长度为829μm，65．7％的功率由基模转换为一阶模。     

基于多模干涉耦合器的阵列波导光栅设计研究

研究了基于多模干涉(MMI)耦合器的阵列波导光栅(AWG).通过模式传输分析方法,分析了多模干涉耦合器及阵列波导;并给出在硅基底上的二氧化硅波导上四通道100 GHz-AWG普通结构和紧凑结构的设计结果.     

基于多模干涉耦合器的集成热光开关实验研究

报道了一种基于多模干涉(MMI)耦合器的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型2×2集成热光开关的实验研究结果,插损为3.40 dB,偏振相关损耗为0.47 dB,直通和交叉状态消光比分别为32.01 dB和16.42 dB,响应时间小于3 ms,开关功耗为658 mW。针对直通和交叉状态消光比不对称的现象,从理论上做出了解释,因为半导体平面光波电路(PLC)工艺一致性较好,两个多模干涉耦合器的分光比虽然因工艺误差偏离50∶50,但误差量相近,这个特点对光开关直通和交叉状态的消光比产生了不同影响。分析了在波导上制作加热电极对波导有效折射率的影响,估算其增量在2×10-4量级。     

多模干涉器的精确计算及弱限制下的损耗分析

对多模干涉器的模场传播常数和光场分布进行了精确计算,并与解析近似计算结果进行了比较,发现在弱限制条件下出现输出光能量降低的真正原因：一方面是波导支持的导模数量较少,导致高频成分丢失,自映像质量下降,形成大的弥散斑,造成输出耦合损失;另一方面是由于高频辐射模直接辐射带走了一部分能量。该分析结果纠正了传统的模糊观念。     

New Criterion for Designing Silica Multimode Interference Power Splitters

We introduce a new criterion for designing 1 × N silica multimode interference power splitters using overlapping-image multimode interference analysis. This criterion requires that widths of multimode waveguides in the devices should be greater than 2 times the product of port number N and effective widths of output waveguides. Better device uniformity can be achieved when the new criterion is satisfied.     

New Criterion for Designing Silica Multimode Interference Power Splitters

We introduce a new criterion for designing 1 × N silica multimode interference power splitters using overlapping-image multimode interference analysis. This criterion requires that widths of multimode waveguides in the devices should be greater than 2 times the product of port number N and effective widths of output waveguides. Better device uniformity can be achieved when the new criterion is satisfied.     

TLM Analysis of Multimode Interference Devices

In this article, the use of the transmission line matrix (TLM) method for the analysis of multimode interference (MMI) devices is demonstrated. Time domain solvers of Maxwell equations, such as the TLM method, are a highly accurate alternative in the modeling of photonic devices that permit overcoming the limitations found in other approximate methods. The full optical transfer function is obtained from the computation of the device response to a single input temporal pulse. A novel parallel computation scheme based on a sliding window wave propagator permits reduction of the high computational load requirements.     

Robust 2 × 2 Multimode Interference Optical Switch

A robust 2 × 2 photonic switch based on multimode interference (MMI) effects is proposed. We demonstrate that the device is very tolerant to material modifications and typical fabrication errors. This is a result of the MMI design and the high symmetry of the switch. The key parameter for the operation of the device is that the input light forms a pair of well defined self-images exactly in the middle of the switch. The index modulated regions precisely overlap the positions where these two self-images are formed. By creating identical contact features at these locations, any refractive index change induced in the material as a result of electrical isolation will be replicated in both self-images, and therefore the off-state output will not be altered. In the same way, offset and dimension errors are reflected symmetrically on both self-images and do not seriously affect the imaging. The characteristics of the switch under different scenarios are investigated using the finite difference beam propagation method. By employing this configuration, crosstalk levels better than −20 dB are achievable over a wavelength range of 100 nm while maintaining polarization independence.     

具有调制功能的多模干涉型1×3分束器

提出了利用量子约束斯塔克(Stark)效应制作具有调制功能的多模干涉型1×3分束器的设计思想,并详细分析了这种光分束器的工作原理。根据理论计算结果,制作了具有调制功能的多模干涉型1×3分束器。分束器的脊型多模波导长度为275μm,宽度为10μm,波导层采用GaAs/AlGaAs多量子阱结构,厚度约为0.2μm;电极采用共面波导结构。首先用有限差分光束传播法模拟了器件的光波传播特性,然后进行了初步的实验验证。理论模拟和实验结果表明,波长为0.86μm的高斯光束对称入射到多模波导的中心,器件实现了3分束功能;施加3 V的直流偏压,器件的调制深度达90%以上、调制带宽为2 GHz,实现了电吸收调制功能。     

具有分光功能的电吸收调制器分析

利用有限差分光束传播法和导模传输分析法,对GaAs/AlGaAs多量子阱波导型电吸收调制器和多模干涉型分束器的光传播特性进行了理论分析,提出了制作具有分光功能的电吸收调制器的设想,并进行了模拟和实验验证.