光纤耦合波导器件中光波导深度的研究_高志伟

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1、DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2010.04.004光器件中文核心期刊光纤耦合波导器件中光波导深度的研究高志伟，宁继平，王俊涛，赵勇，韩群（天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津市300072）摘要：声光波导光开关可以作为高速光通信网络中的开关器件，其中光纤-器件对接耦合损耗大是影响其性能的主要因素。从光波导模场椭圆度和不对称度对模场失配引起的耦合损耗出发，计算Ti:LiNbO3波导与光纤耦合损耗最小时对应的最佳Ti离子扩散深度。分析得到不同切型的Ti:LiNbO3波导中扩散深度

2、、光纤模场半径对耦合损耗的影响。结果表明，y切Ti:LiNbO3波导耦合损耗约为z切波导的3倍。研究结果为共面型声光波导调制器中光波导制作参数的设计提供帮助。关键词：Ti:LiNbO3波导；波导模场；扩散深度；光纤耦合损耗中图分类号：TN252文献标识码：A文章编号：1002-5561（2010）04-0026-04Theoptimumdiffusiondepthforlittlecouplinglossinguidedacousto-opticdevicesGAOZhi-wei,NINGJi-ping,WANGJu

3、n-tao,ZHAOYong,HANQun(CollegeofPrecisionInstrumentandOptoelectronicsEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Guidedacousto-opticswitchisthekeydeviceinopticalcommunicationnetwork.Fortheguideddevices,greatcouplinglossbetweenwaveguidedevicesandsi

4、ngle-modeopticalfibersisthemainfactorwhichaffectsitsperformance.Byanalyzingmodeeccentricityandasymmetry,amethodusedtocalculatetheoptimumdiffusiondepthforminimumcouplinglossispresented.Indifferentcut-typewaveguides,theimpactofdiffusiondepthandfibermodefieldradiu

5、soncouplinglossisanalyzed.Theresultsshowthatcouplinglossofy-cutTi:LiNbO3waveguideis3timesthatofz-cutwaveguide.Somevaluableresultsforthedesignofopticalwaveguideinguidedacousto-opticdevicesareobtained.Keywords:Ti:LiNbO3waveguide,modefield,diffusiondepth,couplingl

6、oss0引言1理论分析随着波导制作工艺的逐步提高，LiNbO3晶体光波1.1Ti:LiNbO3光波导模场分布导的传输损耗得到了很大的改善。光波导与光纤的耦对于Ti扩散LiNbO3光波导模场分布的求解有多合损耗成为影响光波导器件插入损耗的主要因素。为种方法，例如有限元法、有效折射率法[4，5]等。本文利用了优化波导器件与光纤的耦合效果，光波导可以采用的是基于有效折射率法的近似分析方法得到的光波端面几何尺寸与光纤纤芯直径相近的锥型Ti:LiNbO导模场分布[4]3。利用这种方法得到的模场分布的准解波导[1]析解，其优点是

7、计算速度快，且求出的基模场分布大，在光纤和波导是理想准直的条件下，模场失配造成的损耗最严重[2]小和模场最大值位置的准确度很高，适合于对光波导。通过有关耦合损耗的研究，可以知道波导模场的椭圆度与不对称度是造成模场失配基模场与单模光纤模场耦合性能的分析。的重要因素。波导模场的椭圆度和不对称度都与波导图1所示为Ti:LiNbO3光波导端面的三维模型，其深度有关[3]，因此，分析波导模场分布与耦合损耗的关Ti扩散深度方向沿y轴，光沿x轴方向传播。引入归一系，进而得到低耦合损耗时对应的Ti:LiNbO3波导中最佳的Ti离子扩

8、散深度，对光波导器件的制作工艺有重要意义。收稿日期：2009-12-11。基金项目：国家自然科学基金项目（No.10674101）资助。作者简介：高志伟(1985-)，男，硕士生，主要研究工作是光通信器件。图1y切x传Ti:LiNbO3光波导模型輦輴訛2010年第4期光器件高志伟，宁继平，王俊涛，等：光纤耦合波导器件中光波导深度的研究化的参数u