实验二:集成光波导耦合器设计

集成光波导耦合设计

实验二:集成光波导耦合器设计

一、实验目的:

1、掌握多模干涉耦合器的结构、工作原理

2、了解多模干涉耦合器的分析方法及其仿真仿真技术 二、实验原理:

如图1所示,多模干涉耦合器(MMI Device)的关键结构是一个能传输多个模式(一般>3个)的多模波导,为了使光输入和输出多模波导,还必须有一些波导(一般为单模波导放置在多模波导的起的结构示意图始端和终止端,具有这种结构的器件被称为N ×M 多模干涉耦合器.其中N 和M 分别为输入和输出波导数.

多模干涉耦合器的工作原理是基于Ulrich发现的多模波导自映像效应.它是多模波导中被激励起来的多个模式间的相长性干涉的结果.由于自映像效应,沿波导的传播方向将周期性地产生输人场的一个或多个像.

实验二:集成光波导耦合器设计

图1 多模干涉耦合器机构示意图

图1所示多模波导起始端的坐标为在z=0,设该处光场横向分布为 (y,0)。输入场

(y,0)可以写成所有模(包括辐射模)的线性叠加

(y,0)

C (y) (1)

其中 (y)为 次模的光场分布,C 为场激励系数,可由模式正交性得到:

C (y,0) (y)dy/ (y)dy

2

(2)

在多模渡导任一截面场分布可以写成所有导模的叠加:

m 1

(y,z)

C (y)e

0

[j( 0 )z]

(3)

在多模波导区.由于不同模式传播速度不同.存在着传播常数差,显然当z不等于0时,不同模式的相位发生了相对移动,从而使不同模式间的相位关系与人射时候不再相同。正是由于这种不同模式问的相位的相对移动,使得多模波导不同位置处光场横向分布和多模波导起始端( z=0处)的光场横向分布比较发生了变化。

令L /( 0 1),其中 0, 1分别是0次模和1次模的传播常数,(3)式可改写为:

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