多模干涉耦合器的設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)二：多模干涉耦合器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握多模干涉耦合器的結(jié)構(gòu)、工作原理2、了解多模干涉耦合器的分析方法及其仿真技術(shù)二、實(shí)驗(yàn)原理：如圖1所示，多模干涉耦合器(MMI Device)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是一個(gè)能傳輸多個(gè)模 式(一般3個(gè))的多模波導(dǎo)，為了使光輸入和輸出多模波導(dǎo)，還必須有一些波導(dǎo)(一 般為單模波導(dǎo))放置在多模波導(dǎo)的起的結(jié)構(gòu)示意圖始端和終止端，具有這種結(jié)構(gòu) 的器件被稱為N xM多模干涉耦合器.其中N和M分別為輸入和輸出波導(dǎo)數(shù).多模干涉耦合器的工作原理是基于Ulrich發(fā)現(xiàn)的多模波導(dǎo)自映像效應(yīng).它是 多模波導(dǎo)中被激勵(lì)起來的多個(gè)模式間的相長性干涉的結(jié)果.由于自映像效應(yīng)，沿 波導(dǎo)的傳播方向?qū)⒅?/p>

2、期性地產(chǎn)生輸人場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)像.輸入波導(dǎo)一 耦合波導(dǎo)輸出波導(dǎo)Ty圖1多模干涉耦合器機(jī)構(gòu)示意圖圖1所示多模波導(dǎo)起始端的坐標(biāo)為在ZH 0,設(shè)該處光場(chǎng)橫向分布為寸( Q)。輸 入場(chǎng) ( y ,)可以寫成所有模(包括輻射模)的線性疊加 TOC o 1-5 h z W (y,0) = X Cu (y)( 1)u其中WJ y )為u次模的光場(chǎng)分布，七為場(chǎng)激勵(lì)系數(shù)，可由模式正交性得到：C。= Jw (y，0)W (y)dy / Jw：(y)dy( 2)在多模渡導(dǎo)任一截面場(chǎng)分布可以寫成所有導(dǎo)模的疊加：m1w (y, z) = X C W (y)e j( p0-pu)z(3)u = 0在多模波導(dǎo)區(qū).由于不同模式

3、傳播速度不同.存在著傳播常數(shù)差，顯然當(dāng)Z 不等于0時(shí)，不同模式的相位發(fā)生了相對(duì)移動(dòng)，從而使不同模式間的相位關(guān)系與 人射時(shí)候不再相同。正是由于這種不同模式問的相位的相對(duì)移動(dòng)，使得多模波導(dǎo) 不同位置處光場(chǎng)橫向分布和多模波導(dǎo)起始端(z=0處)的光場(chǎng)橫向分布比較發(fā)生了 變化。令L =兀/(。-P )，其中。,。分別是0次模和1次模的傳播常數(shù),(3 )式可改寫 兀0101為：V (y ,0) =Zc v (y )exp j 之u u U.= 0 、由上式可得到多模波導(dǎo)任一截面的橫向場(chǎng)分布。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用OptiBPM6.0設(shè)計(jì)一個(gè)1 x 4的多模干涉耦合器，觀察并分析相關(guān)結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)方法：1、創(chuàng)建

4、材料庫：輸入材料庫參數(shù)。輸入晶體參數(shù)。Initial Properties2D Wafer Fr up er t i e e3D Wafer Fr up er t i e eW avegui de Fr up er t i e eWafer DimerLEioilsWidth (uni&2.8Profiledech：irLel二二 qPrufileE And. MaterialsOKInitial PropertiesX2D Wafer Froperti es Wavegui de Properti es3D Wafer FropertiesW at er IlimenEi onsLength

5、 (ujti & 15UUWidth (um) 60Frcifiles And. Material?OK2、添加波導(dǎo)和輸入平面: 波導(dǎo)參數(shù)如下表：波導(dǎo)名稱Start offsetEnd offsetWidth備注Horizont alVerticalHorizont alVerticalLinearl001000默認(rèn)輸入波導(dǎo)Linear210001420048耦合波導(dǎo)Linear31000150019.6默認(rèn)輸出波導(dǎo)Linear4100015006.62默認(rèn)輸出波導(dǎo)Linear510001500-6.62默認(rèn)輸出波導(dǎo)Linear610001500-19.6默認(rèn)輸出波導(dǎo)(1)依次按照如下4圖的步

6、驟添加波導(dǎo)。|-n1 X|0ptiBPB Designer 9.0 - OptiBFI Designer 9.01File Edit View Tools Draw Simulation Preferences Window Help昭電+ - omooo , 林|田麟 務(wù)/ |匕正匝|。 I 吵D D |羅芬羅j0.000Layout |日| Ret ”fex (n) - 3D XY Plane Vw40.00080.000160.0001200.0001240.0001280.0001320.000囹 OptiBFM . fNotificabon Error集成光學(xué).皿實(shí)驗(yàn)三:二；：未命名

7、骨新建 Mm. gOptiEFM . .p. Profile . . . |g OptiBFM . . . EZ3 I S t lT:00Re ady130.400000-41.600000|畫T給四個(gè)輸出波導(dǎo)分配監(jiān)控路徑，并且插入輸入面。輸入面的參數(shù)中將Zposition的值設(shè)置為2.0000。ooodz 一oooooooriz，Layool 回 奴()- 3D X Pfaie ViewSo神ngNotes(4)添加一個(gè)輸出波導(dǎo)時(shí)的仿真結(jié)果。3、運(yùn)行完成后，觀察MMI耦合的仿真結(jié)果2DModal 2.000000 InputPlane14、設(shè)計(jì)原程序:SIMULATION PARAMETER

8、SSimulation Type:Starting Field:Type:Z Position:Label:Wavelength （彳介）:1.550000Global Reference Index:Type:ModalValue:(3.29406443869522, 0.00000000000000)User Interface Configuration:Number of Displays:100Simulation Technique: Simulate As Is2D PARAMETERSPolarization:TEMesh:Number of points/ 祈：8.3167Number of points:500BPM Solver:Pade(1,1)Engine:Finite DifferenceScheme Parameter:0.5000Propagatio