soi波导弯曲损耗影响因素的分析

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1、第*’卷增刊半!导!体!学!报a>D2*’!%I%和二维束传播算法#*NJ&=%对%_"#H;D;E>6J>6J;6HF%波导弯曲损耗的几种影响因素进行了分析2通过模拟发现弯曲损耗随弯曲半径的增大’波导宽度的增加及内

2、外脊高比的减小而减小2同时$改进波导结构$例如在弯曲波导外侧刻槽可以减小%_"脊形波导的弯曲损耗2关键词’%_"(弯曲波导(弯曲损耗(集成光学’’%&&)(,0+((,(+中图分类号’[Q*.*!!!文献标识码’$!!!文章编号’+*.0J(,))$*++.&%+J+*,’J+(关$同时还与波导的宽度及脊形波导的刻蚀深度有!!引言关2对弯曲波导的精确分析需要用三维束传播算法近年来%_"#H;D;E>6J>6J;6HF%材料由于导#0NJ&=%$然而0NJ&=计算复杂且耗时长2有效波性能良好$在导波光学器件和光电子器件方面的折

3、射率法!"=#9@@9EC;P9;6I9K19C4>I%是一种简单应用越来越广泛2%_"光波导作为硅基集成光学中有效的三维波导近似分析方法$在波导远离截止时$的一种重要器件$是实现其他有源器件’无源器件以!"=具有很高的精度2考虑如图,#5%所示的%_"脊及光学器件之间交叉互连的基础2特别是低损耗大形波导$%_"晶片导波层厚度4g.$外脊硅层厚&1*,+截面尺寸%_"脊形单模波导的成功研制$使%_"度为&$脊形波导的宽度为-$内外脊高比Pg&.4Z光波导器件得到了很大发展2设弯曲波导长度为,E12采用!"=将三维%_"脊形在集成光学器件中

4、$为了改变光束的传播方向波导简化为如图,#c%所示的二维平面光波导$其中经常需要使用弯曲波导2对于%_"脊形波导来说$F,和F*分别为图,#5%中.区和)区所示的波导虽然导波层硅和限制层二氧化硅之间的折射率相差层厚度为4和&的三层平板光波导的有效折射率2很大#硅为0b.$二氧化硅为,b(.%$波导在垂直方向采用*NJ&=研究了波导的弯曲损耗与弯曲半径上对光的限制很强$但是波导在水平方向上对光的?’波导宽度-’脊高比P的关系2限制是通过脊形结构实现的$这种限制较弱$因而当图*为宽度不同的%_"弯曲波导损耗与弯曲%_"波导发生弯曲时$弯曲损

5、耗将会不可避免$甚至半径?的关系$此时令脊形波导的脊高比为+b’.2会成为器件的主要损耗来源2本文根据有效折射率由图中可看出$对相同宽度的%_"弯曲波导$随着方法将三维%_"脊形光波导简化为二维平面光波弯曲半径?增大$波导的弯曲损耗急剧下降2同时$导$采用二维束传播算法#*NJ&=%分析了影响对于弯曲半径相同的波导$弯曲损耗随波导宽度的%_"波导弯曲损耗的因素2增加而减小2图0所示为脊高比不同的%_"脊形波导的弯曲"!6/1波导的弯曲损耗与结构参数之损耗与弯曲半径的关系$波导宽度为(&12由图中同间的关系样可看出$随着弯曲半径?的增大$

6、弯曲损耗减小2同时$对于相同弯曲半径的%_"弯曲波导$损耗随着脊!!%_"波导的弯曲损耗与波导的弯曲半径密切相高比P减小#相应地刻蚀深度增加%而降低2#国家自然科学基金#批准号)’+00’+,+%$国家重点基础研究发展规划#批准号)X*+++J+0J’’%$国家高技术研究发展计划#批准号)*++*$$0,*+’+%资助项目!*++(J,+J,*收到$*++(J,,J,.定稿’*++.中国电子学会增刊陈媛媛等)!%_"波导弯曲损耗影响因素的分析*,)文献**+报道了一种利用非对称刻蚀结构减小脊形波导弯曲损耗的方法2在%_"弯曲波导中心轴外侧

7、部分采用深刻蚀$在波导中心轴内侧采用浅刻蚀#二者刻蚀深度相差(&%2采用!"=和*NJ&=$模拟了(&对弯曲波导损耗的影响$如图(所示2由图中可看出$随着(&的增大$弯曲损耗逐渐减小2但是在器件的实际制作中$弯曲波导外侧还会有一些其他组件2外侧采用深刻蚀会影响这些组件的设计2故我们对这种方法进行改进$采取了在弯曲波导外侧刻蚀深槽的方式$如图.所示2通过对这种结构的一些模拟发现$当深槽的宽度大于一定值#一般为波导宽度的*$0倍%后损耗基本就保持不变了2所以通过在外侧刻槽就可以达到与非对称刻蚀同样的效果2图,!#5%%_"脊形光波导截面示意

8、图(#c%%_"脊形光波导的等效平面光波导^;72,!#5%%E4915C;EI;57F51>@C49EF>HHJH9EC;>6>@C49%_"F;cR5P97<;I9(#c%!:<;P5D9