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1、新型低损耗1×3光分路器的优化设计*佟西周周骏（江苏大学机械工程学院光信息科学与技术系，江苏镇江212013）摘要：为改进传统Y分支光分路器损耗较大的缺陷，我们采用直锥形波导来代替传统的直波导来减小器件的尺寸，并且采用激模波导结构设计1×3分支波导。设计中利用辐射模和本征基模的叠加来修正光波场，通过改善模匹配来降低分支耦合损耗，同时通过对对称输出弯曲分支波导的优化来降低弯曲损耗，最后在1×3光分路器中的两弯曲波导的输出端加入过渡锥形波导来降低损耗和优化分路器的输出均匀性，并用有限差分光束传播法对该1×3分支波导进行数值模拟。模拟结果表明该结构具有均匀性好、器
2、件尺寸小、损耗小和结构简单等优点，有利于器件的进一步集成。关键词：1×3分支波导直锥形波导模式匹配耦合损耗输出均匀性中图分类号：TN252文献标识码:AOptimizedDesignofaLow-loss1×3OpticalSplitterTongXizhouZhouJunZhaoFengZhenHuiru(DepartmentofOpticalEngineering,SchoolofMechanicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,Jiangsu,China)Abstract:Inorderto
3、improvetherelativelygreatlossofYbranchopticalsplitter,straighttaperedwaveguideinsteadoftraditionalstraightwaveguideisadoptedtominishthesizeofapparatusandanewlow-loss1×3opticalsplitterofthreecascadedbranchesisused.Inthedesign,radiationmodeandfundamentalmodeareoverlaidtomodifythemode
4、field.Theimprovementofmodematchingisusedtoreducethebranchingloss.Meanwhile,optimizethebalancedoutputbandingbranchwaveguidetoreducethelossofbending.Finally,addtaperedtransitionalwaveguidetothefan-outofthetwobandingwaveguideinthe1×3opticaltappingelement.Theresultsindicatethatthisstru
5、cturehastheadvantagesofgoodhomogeneity,small-sizeapparatus,lowloss,andsimplestructureandispropitioustofurtherintegration.Keywords:1×3branchwaveguide,straighttaperedwaveguide,Modematching,Couplingloss,Symmetryofoutput0前言70年代初，Yajina[1]用实验证实了Y分支波导结构具有功率分配作用。到目前为止，Y分支波导作为集成光学中一种重要的光波导
6、器件单元，广泛的用于光开关[2]、光功分器[3]、M-Z干涉型光调制器[4]等器件。然而，由于传统的Y分支波导结构在分支点附近存在模式转换和辐射损耗，只有在分支角很小的情况下，才可忽略不计。这样就造成1×N分路器拉的很长，器件的结构不紧凑；同时小的分支角也给制造工艺带来了很大难度。为了避开工艺上的限制，目前对Y分支角提出了很多改进措施，如将尖分角用圆角或方角来代替[5]，或在Y分叉部位设置一个低折射率楔区[6]等。虽然理论和实验都取得了较好的结果，但是几何结构复Fig8三种弯曲波导输出长度与弯曲损耗的关系从上图可以看到随着输出波导长度的增加正弦弯曲波导的弯曲
7、损耗最大、双圆弧次之、余弦弯曲损耗最小，为此我们对1×3光分路器采用余弦分支波导作为输出端。最后综合以上的优化结果，我们对输出均匀度进行考察，三个输出端口的功率分配比率分别为29.7%、36.3%、30.5%,这主要是由于两侧的对称分支是弯曲的，必然光场中心在传播时会偏离波导中心，并且偏向弯曲波导的外侧，而中间的直波导不会发生波导中心的偏离，因此光场通过激模波导后耦合到输出分支波导中的能量就不均衡，也就造成了输出的不均匀性。为了进一步提高器件的输出均匀度和容差性，以及降低损耗我们在三分支输出波导的输入端采用过渡锥形波导结构，得到三个输出端口的功率分配比率分别
8、为28.3%、39.5%、27.9%，虽然损耗得到了
