集成光学课程设计--锥形过渡波导的损耗特性

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1、课程设计锥形过渡波导的损耗特性所属课程：集成光学姓名：学号：班级：指导教师：山东理工大学课程设计说明书摘要集成光学摘要在集成光电子器件中，通常需要把两彼此分离的两波导结构连接在一起。此两分离的波导结构在结构参数上可能是相同的，也可能是不同的。同弯曲波导一样，锥形波导也是一种动态的波导器件，不能对其进行本征分析。近些年，已提出多种数值方法来优化设计过渡波导，其中光束传播法是人们最常用的方法。研究表明，光束传播法非常适宜用来研究象锥形过渡波导这样的沿光传播方向变化的动态器件。对Wi>Wo的锥形过渡波

2、导,利用有限差分光束传播法对几种形状侧面边界下的过渡波导进行了分析。本文就是基于该方法主要研究介绍指数型锥形过渡波导（凹形）在两种不同的折射率情况下:1)窄端口为输入端，研究输出波导输出功率随宽端口宽度的变化规律；2）宽端口为输入端，研究输出波导输出功率随宽端口宽度的变化规律；关键词：光束传播法（BPM）；指数型锥形过渡波导；波导输出功率I山东理工大学课程设计说明书目录集成光学目录摘要I目录II第一章绪论11.1集成光学的发展11.2OptiBPM软件简介11.3本课程设计的目的2第二章BPM基

3、本原理及常用的边界条件22.1BPM基本原理22.2BPM中常用的边界条件3第三章输入端口相对宽度对锥形过渡波导传输特性的影响53.1几种常用形状光波导介绍63.2仿真软件应用简介93.3仿真结果12致谢17参考文献18II山东理工大学课程设计说明书正文集成光学第一章绪论1.1集成光学的发展集成光学的概念，起源于二十世纪60年代末、70年代初，其主要思想是在共同衬底上建立各种光学器件，然后用薄膜波导将他们连接起来，从而形成一个能完成特定功能的功能芯片。然而由于当时各种器件对材料、工艺、结构的要求

4、差异很大，技术要求十分复杂，实现所有器件的全面集成仍存在困难，集成光学的目标因而发生了一定的变化，从全光集成到可集成部分电路的部分光集成，从注重集成光学技术到研究探索各种光波导光学器件。目前集成光学研究热点主要集中在理论与器件研究。理论研究热点主要集中在以下两个方面：（1）围绕新型集成光学器件的结构设计、功能模拟与特性、参数的计算等；（2）基础理论研究。集成光学基础理论研究主要集中在两类：一是基于固体物理学的基本理论和方法，研究和探讨制作微观集成光学器件的可能性。二是基于波动光学的基本理论和方法

5、，从波导光学的角度研究集成光学器件。集成光学器件的研究主要是：在光通信领域的集成光学器件研究、集成光学传感器和其他集成光学器件，如MENS光开关阵列等。1.2OptiBPM软件简介OptiBPM是一套功能强大、使用者界面友善且可利用计算机辅助设计的设计仿真软件，并可设计及解决不同的积体及光纤导波问题。光束传播法，或称为BPM是OptiBPM的核心，是一种一步接着一步来仿真光通过任何波导物质的行为，在积体光学及光纤光学中，当光传播经过一可传导的结构时，其光场可以在任一点被追踪出来，BPM可以允许观

6、察任一点被仿真出的光场分布，而且可以容许同时检查辐射光及被传播的光场。光学波导是光组件中的重要组件，它可以在光讯号中扮演传导、耦合、开关、分光、多任务及解多任务的角色，被动波导、电光组件、发射器、接收器及电子部分装置被集成于一个芯片上，使用的技术为平面技术，其就好像微电子的技术。16山东理工大学课程设计说明书正文集成光学OptiBPM是一套使用者界面非常友善的软件，它可以在二维及三维的波导组件上仿真光的传播，且OptiBPM三维仿真提供了任何所需要的步阶折射率(StepIndex)的波导设计。应

7、用范围：(1):Y型波导、波导分波装置(2):波导耦合器、各类波导元件(3):非线性波导(4):光纤设计(5):AWG设计(6):混合光源的运算1.3本课程设计的目的1）了解光束传播法（BPM）的原理；2）了解指数型锥形过渡波导及其在集成光路的应用；3）掌握并熟练应用波导分析模拟分析软件OptiBPM；4）窄端口为输入端，研究输出波导输出功率随宽端口宽度的变化规律；宽端口为输入端，研究输出波导输出功率随宽端口宽度的变化规律；第二章BPM基本原理及常用的边界条件2.1BPM基本原理BPM理论来源于

8、波动方程，波动方程是建立在Helmhotze方程基础上的。Helmhotze方程的一般形式为：（2-1）式中，，波导的几何结构完全由折射率分布来确定。考虑到在典型的波导问题中，场的迅变部分是沿波导轴向传输引起的位相变化，假设波导轴只要是沿Z向，那么，可以引入一个所谓的慢变场，设：（2-2）16山东理工大学课程设计说明书正文集成光学这里是参考波数，用于表示场的平均相位变化。参考波数通常通过以参考折射率的形式表示。是任意常数，要求它的选择使是Z的慢变函数。把（2-2）式代入到Helmholtz方程便