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专利号: 2021115007268
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高效紧凑型绝热模式转换器的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:绝热模式转换器的分段:将绝热模式转换器分为对称的两部分,将这两部分再分别分为15个不同的片段进行仿真,通过FDTD仿真模拟,就可以得到确定各个片段所需要的参数;所述绝热模式转换器包括波导A和波导B这两个波导且两者紧靠放置,波导A和波导B的高度均为h=0.3μm,波导A和波导B的宽度分别标记为w1和w2,波导之间的间隙宽度标记为g,光学波长为1.55μm;波导A和波导B的宽度沿传播方向x逐渐变化,在转换器的一端(输入平面x=xI=0),第一个宽度为w1的波导较窄,第二个宽度为w2的波导较宽;在另一端(输出平面x=xI=L),第一个波导由窄变宽,第二个波导由宽变窄;在中心x=xC=L/2处,波导A和波导B的宽度变得相等;

绝热模式转换器的通用标准,表达式如下:

其中,κ是转换器中波导A与波导B之间的耦合强度,ε是损耗百分比,γ=δ/κ,其中,δ是独立非耦合波导模式传播常数之间的不匹配系数;

对于耦合波导系统,偶数本征模ee和奇数本征模式eo的传播常数分别为和 其中,λ是光波的波长,ne和no分别是偶数本征模式和奇数本征模式的有效折射率;对于非耦合波导系统,偶数本征模ee和奇数本征模式eo的传播常数分别为和 其中,n1和n2分别是偶数本征模式和奇数本征模式的有效折射率,所以非耦合波导模式传播常数之间的不匹配系数表达式为 在非耦合波导系统中,将第二个波导直接连接到边界上;

由此,绝热模式转换器中波导A与波导B之间的耦合强度为

并且,γ定义为γ=δ/κ;

步骤2:对于每个片段,由方程及FDTD仿真模拟参数来确定每一段的传播长度L;

步骤3:使用步骤2中得到的传播长度L来构造各自的区域,然后将所有片段拼接在一起形成完整的波导形状;

步骤4:扫描总长度,以获得完整绝热模式转换器的传输曲线;

步骤5:根据应用需求,选择要使用的器件长度。

2.根据权利要求1所述的一种高效紧凑型绝热模式转换器的设计方法,其特征在于,在步骤2中,对于步骤(1)中的每个片段,通过使用方程(1)来确定每一段的长度,在方程(1)中取等号,即由方程(2)可以得到

其中,

通过步骤1中的FDTD仿真模拟参数,由方程(3)就可以得到各个片段的长度。