定向耦合器耦合长度与波导结构的关系

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------定向耦合器耦合长度与波导结构的关系12009年11月襄樊学院学报Nov.,2009第30卷第11期JournalofXiangfanUniversityVol.30No.11定向耦合器耦合长度与波导结构的关系朱素平(襄樊学院教育学院，湖北襄樊441053)摘要：以图解方式阐明光通信开关(光波导型光开关)中定向耦合器的耦合长度与波导结

2、构——波导间距、波导折射率、介质折射率、两波导间介质折射率及光波长的关系.关键词：耦合长度;波导结构;定向耦合器中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-2854(2009)11-0057-03光波导型光开关是光通信系统及光信号处理系统中的基本及关键器件.本文讨论光波导型光开关中由GaAs/GaAlAs条形光波导构成的定向耦合器的耦合长度与波导结构的关系.1定向耦合器的耦合长度与波导结构关系两个对称的条形波导的耦合结构图如图1.——————————————————————————————————————--

3、----------------------------------------------------------------------------------------------[1-3]图1中耦合系统的z方向传播常数kz可表示为22kz=(k12?kx?ky)(1)nπmπ，.a、b为器件尺寸；n1、n2、n3、n4、n5为各区折k≈x22+nA+nA5[1+3]a[1+2244]bπan1πb射率；k1、A2、A3、A4、A5为常数.其中，ky≈22而对于单根条形波导，传播常数kz0为kz0=(k12?kx

4、0?ky0)[4]，耦合系统的正相对称模式在z方向的传播常数kzs可以表示为2?kxξexp(?d5)?kzs=kz0?1+2205(2)22?a1+kkξz0x05??同理，反相对称模式传播常数kza为2?kxξexp(?d5)?(3)kza=kz0?1?220522?a1+kx0ξ5?kz0?收稿日期：2009-06-25作者简介：朱素平(1959—),女,湖北襄樊人,襄樊学院物理与电子工程学院高级实验师.第30卷第11期襄樊学院学报2009年第11期其中，ξ5=1[(.———————————————————————

5、———————————————------------------------------------------------------------------------------------------------A5式(2)、(3)表明，耦合光波导系统的正相和反相对称模式的传播常数仅与单根波导的传播常数略有不同.由于耦合系统是由完全对称相等的两个波导构成的，因此有k?kzaK=zs(4)2122??kAkAd2A5kxπ??????x052x0520代入ξ5的表达式，耦合系数k改写为：K=1?()?exp???

6、1?(π)??，而πakz0?πA???????5?，δ为两波导传播常数差.L=基于以上的分析与计算，得出了以下定向耦合器耦合长度与波导结构的关系.2)2?kx]2定向耦合器的耦合长度与波导结构仿真2.1耦合长度Lc与波导间距d的关系图2是两个对称的条形波导的耦合结构截面图.对其所示的耦合结构，设波导的结构尺寸分别为a=4μm,b=3μm，波导折射率n1=1.53，其它介质的折射率均为1.5，则对于确定的光波长，耦合长度Lc与波导间距d的关系如图2所示.从图2可以看出，不管对于哪个光波长，耦合长度Lc都是随着波导间距d的

7、变化而呈指数增长.——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------2.2耦合长度与波导折射率的关系设波导间介质的折射率均为1.5，传输的光波长λ=1.31μm，则对于确定的波导结构，耦合长度Lc与波导折射率n1的关系如图3所示.随着波导的折射率增大，耦合长度也是呈指数增长的.耦合长度lc(mm)耦合长度l

8、c(mm)波导间距d(um)实线：光波长λ=0.85μm；虚线：光波长λ=1.55μm实线：波导长宽a=5μm,b=4μm，波导间距d=3μm；虚线：波导长宽a=4μm,b=2μm，波导间距d=3μm图2耦合长度Lc与波导间距d呈指数增长关系图3耦合长度Lc与波导折射率n1的关系2.3耦合长度与介质折射率的关系设波导