弯曲波导结构设计说明书.docx
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弯曲波导结构设计说明书
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：
Materials－Dielectric1：
Name:
cladding
2DIsotropicRefractive：
1.442
3DIsotropicRefractive：
1.442
Name:
guide
2DIsotropicRefractive：
1.45
3DIsotropicRefractive：
1.45
Profiles－Channel：
Name:
channel
2DProfiledefinitionmaterial:
guide
晶体参数：
Profile：
channel
WaferDimensions参数：
Length:
800
Width:
50
2DWaferProperties参数：
Material：
cladding
2．添加波导和输入平面：
（1）波导参数如下表：
波导名称
Startoffset
Endoffset
Width
Waveguideradius
Horizontal
Vertical
Horizontal
Vertical
Arcwaveguide
0
-10
800
-8
4
4000
（2）添加输入平面
（3）输入面的参数中将Zposition的值设置为2.0000。
3、仿真并观察仿真结果。
4、设计原程序
SIMULATIONPARAMETERS
SimulationType:
2D
StartingField:
Type:
Modal
ZPosition:
2.000000
Label:
InputPlane1
Wavelength（祄）:
1.550000
GlobalReferenceIndex:
Type:
Modal
Value:
（1.44635996937882,0.00000000000000）
UserInterfaceConfiguration:
NumberofDisplays:
100
SimulationTechnique:
SimulateAsIs
2DPARAMETERS
Polarization:
TE
Mesh:
Numberofpoints/祄:
9.9800
Numberofpoints:
500
BPMSolver:
Paraxial
Engine:
FiniteDifference
SchemeParameter:
0.5000
PropagationStep:
1.5500
WaferWidth（祄）:
50.0000
BoundaryCondition:
PML
Layers:
6
TheoreticalReflectionCoefficient:
1.0000e-006
Non-LinearBPM:
UsingNon-LinearSimulation:
FALSE
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