垂直硅槽光波导的群速度色散.pdf

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1、V01．24No．3第24卷第3期天津职业技术师范大学学报Sep．20142014年9月JOURNALOFTIANJINUNIVERSITY0FIECHN0L0GYANDEDUCATION垂直硅槽光波导的群速度色散徐丽娟，倪晓昌，何瑾，种浩(1．天津职业技术师范大学电子工程学院，天津300222；2．天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072)摘要：研究由中间低折射率材料和两边高折射率材料组成的硅槽光波导，光场可以被束缚在低折射率材料中。利用有限元方法模拟了硅槽光波导的色散特性，研究了群速度色散随光波导的高度、硅层宽度、槽宽度的变换规律，并通过进一

2、步系统优化，在1700—2000nm波长范围内获得平坦色散特性。关键词：纳米光子学；色散；光波导；群速度色散；垂直硅槽光波导中图分类号：TN252文献标识码：A文章编号：2095—0926(2014)03—0016—04GroupvelocitydispersionoftheverticalslotwaveguideXULi-juan，NIXiao-chang，HEJin，CHONGHao(1．SchoolofElectronicEngineering，TianjinUniversityofTechnologyandEducation，Tianjin300

3、222，China；2．SchoolofPrecisionInstrument＆Opto—ElectronicsEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Thesiliconslotwaveguideisanovelwaveguidewhichisanimportantaspectintheresearchofintegrated0p—ticsandsiliconphotonies．Theverticalslotwave-guideisstudiedinthispaper．Them

4、iddleoftworectangularhigh-indexregionsofSO—calledslotwaveguideisthenanometer—sizedlow-indexmateria1．Lightcanbeconfinedintheslotmadeoflow-indexmateria1．Thedispersionpropertyoftheverticalslotwave-guideissimulatednumericallybyafnllvectorfiniteelementalgorithminthispaper．hegroupveloci

5、tydispersionisstudiedonitscharacteristicsoftheheightofwaveguide，thewidthofsiliconandthewidthofslot．Thefiatdispersioncanbeachievedbyoptimizingthesiliconheightandwidthinwaveguidestructure．Keywords：nanophotonicsandphotoniccrystals；dispersion；waveguides；groupvelocitydispersion；vertica

6、lslotwaveguide在过去几十年中，硅作为集成电路产业的材料发导的结构中间是纳米尺寸的低折射率材料(n)，两边挥了不可估量的作用。近年来硅光子学成为新的研究是高折射率材料()，外围的覆盖区域是低折射率材热点，硅在光学中的优点有红外波段的低本征损耗、料(。)。这种新型结构的光波导近年来引起研究者的高折射率、强克尔效应和拉曼效应等非线性效应ll。硅注意，并有很多应用l3161。硅槽光波导可以分为水平和光波导作为硅光子学中一个重要分支，目前也有了大垂直两种结构。量的研究。硅光波导有几种不同的结构组成l】1，硅槽光硅槽光波导的原理是基于高折射率对比界面的波

7、导[21就是其中之一。该种光波导不同于传统光波导垂直电场的非连续性。根据Maxwell方程，电位移矢量依靠全内反射机制导光，光被限制在高折射率材料D的垂直分量在两种材料的介质分界面连续，由D=中，而硅槽光波导在不同材料问的折射率差非常大，=n28。E(n、，分别为材料折射率、介电常数和利用电场垂直分量在不同折射率材料间不连续的原真空中介电常数)可以得出，如果n在两种介质中是理，光被限制在低折射率材料中传输嘲。这种硅槽光波不同的，那么E的垂直分量不连续，电场在低折射率收稿日期：2014—04—03基金项目：国家自然科学基金项目(11104201)；教育部天津

8、大学光电信息重点实验室开放基金；天津市高校发展基金一般项目(201