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1、第26卷 第1期半 导 体 学 报Vol.26No.12005年1月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJan.,20053刻蚀衍射光栅解复用器的偏振色散分析庞冬青 宋 军 何赛灵(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心,光通信联合实验室,杭州 310027)摘要:介绍了一种将矩量法应用于刻蚀衍射光栅解复用器设计分析的偏振敏感型方法.通过数值分析,证明提供的方法在分析器件色散响应方面比传统的标量方法更加接近实测结果.分析了器件的偏振独立损耗和偏振色散差随入射角和衍射级的变
2、化关系,指出器件结构参数的确定应以满足偏振色散差的实际需要为主,而在考查通道均匀性方面则应该着重考虑结构参数对偏振独立损耗特性的影响.关键词:波分复用;解复用器;刻蚀衍射光栅;矩量法;色散;偏振EEACC:4130;4140中图分类号:TN81416 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)0120133205于无限周期性光栅,而无法分析具有变周期凹面结1 引言构的EDG器件.另外,由于器件具有大的自由扩散区(FPR),也无法用计算时间强烈受限于计算区域近年来光通信飞速发展,波分复用技术(W
3、DM)的时域有限差分方法(FDTD)进行分析.是解决信息容量需求的有效手段.作为波分复用技为了提高EDG光栅的衍射效率,通常在光栅的术中最关键的器件,平面波导密集波分复用器件是背面镀一层金属(如银等),因此EDG的光栅可以近很有发展潜力的.其中最重要的有阵列波导光栅似于一个理想的金属光栅.对于此类光栅,矩量法[1][2](AWG)和刻蚀衍射光栅(EDG)两种.随着深刻(MoM)是一种非常简单而又有效的偏振敏感型分析蚀技术的日益成熟,EDG器件以其结构紧凑和比方法.本文将矩量法引入EDG器件的设计分析,能AWG器件更
4、优越的频谱性能日益得到广泛的应用.够在较短时间内对两种偏振的性能做出准确分析.在通常的EDG器件的设计过程中,标量衍射因特别针对传统标量衍射方法在分析器件相位响应方[3～6]为简单快速而成为非常流行的设计方法.但是面存在的不足,以MoM方法分析了器件的色散响该方法不能准确地反应具体光栅面形的衍射效率差应,结果证明现在的方法能够更加准确地分析器件别,更不能对偏振特性进行研究.而且对于那些光栅的色散特性.同时,通过数值模拟证明器件结构参数周期接近几个波长的光栅,标量衍射方法近似条件的确定应以满足偏振色散差的实际需要为主
5、,而在已经失效(标量衍射要求光栅周期远大于波长).因考查通道均匀性方面则应该着重考虑结构参数对偏此,以标量衍射方法设计的器件虽然可以获得比较振独立损耗特性的影响.好的频谱响应,但是其综合性能却比理论设计差很多.为了使理论设计更加完善,综合考虑到器件的各2 理论分析种性能,必须考虑偏振敏感型的设计方法.然而通常的偏振敏感型光栅的设计方法都难以如图1所示,EDG器件基于罗兰圆结构设计,包直接应用于EDG的设计.比如在光栅严格设计中最括输入波导阵列、输出波导阵列、自由扩散区(FPR)通用的方法———严格耦合波理论(RCW
6、A)主要适用和刻蚀凹面光栅四部分.全部模拟过程可以分为如3国家自然科学基金资助项目(批准号:90101024,60277018) 庞冬青 女,1972年出生,博士后,从事激光和光通信元件及工艺研究.2003212221收到,2004202224定稿•2005中国电子学会134半 导 体 学 报第26卷下步骤:[7]振,可以获得磁场积分方程(MFIE),J(r)/2+(jk/4)∫cosΦ×Gratings(2)H1(k
7、r-r′
8、)×J(r′)ds′=Hg(r)(2)其中r和r′为光栅表面任意两点的矢径,分别为光栅
9、表面任意两点;Hg(r)是r对应点处的入射磁(2)场;cosΦ=(r-r′)n/
10、r-r′
11、;H1是第二类一级Hankel函数.利用MoM,可以将光栅表面划分成N个小的直线部分,其中第i部分的长度是Si.而电流密度J可[8]以用一系列脉冲函数表示,这样利用点匹配方法,方程(2)可以化为矩阵方程的形式,WJ=H(3)[7]其中Njk(2)∑cosΦmn×H1(k
12、rm-rn
13、)Sn,m≠nWmn=4n=11/2,m=nJn=J(rn),Hn=Hg(rn)其中m,n均为从1⋯N的任意自然数.对于TM偏振由电场积分方程(
14、EFIE),同样可图1 基于罗兰圆结构的EDG解复用器示意图[7]以获得(3)式的矩阵方程,相应的矩阵元W为,Fig.1SchematicdiagramofanEDGdemultiplexerbasedNonaRowlandcirclemounting(kη/4)(2)(k
15、r),m≠n∑SiH0m-rn
16、i=12(1)计算光栅表面入射场.由于FPR是各向同
