專(zhuān)利名稱(chēng)：截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，屬于彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光波導(dǎo)是集成光學(xué)中最基本的物理概念，也是集成光學(xué)器件的最基本結(jié)構(gòu)形式。廣義上說(shuō)，能夠傳導(dǎo)光波的物理結(jié)構(gòu)或器件都可以稱(chēng)為光波導(dǎo)。光波導(dǎo)作為一種最基本的結(jié)構(gòu)形式廣泛地應(yīng)用于光通信器件、集成光學(xué)器件中。彎曲光波導(dǎo)是指在幾何結(jié)構(gòu)上存在彎曲的光波導(dǎo)。彎曲光波導(dǎo)在光路連接、光諧振環(huán)、光耦合器、波導(dǎo)陣列光柵(AWG)等集成光學(xué)器件中具有重要的作用。光波導(dǎo)彎曲會(huì)帶來(lái)彎曲損耗，彎曲損耗通常會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的減弱。因此，有效地減小彎曲光波導(dǎo)的彎曲損耗，提高光傳輸效率，是彎曲光波導(dǎo)設(shè)計(jì)和制備中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
通常實(shí)用的光波導(dǎo)有二維光波導(dǎo)和三維光波導(dǎo)。二維光波導(dǎo)又稱(chēng)平板波導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。光波導(dǎo)的中間層稱(chēng)為芯層，上下兩層分別稱(chēng)為上包層和下包層，由于芯層折射率大于包層折射率，某些模式的光波被限制在芯層傳播。三維光波導(dǎo)通常制備成條型或嵴型結(jié)構(gòu)。如圖2、圖3所示，其截面形狀為矩形(正方形為矩形一種)、梯形或凸形。目前，彎曲的三維光波導(dǎo)通常也只有條形和嵴型等簡(jiǎn)單的形式。但彎曲光波導(dǎo)相對(duì)于直波導(dǎo)來(lái)說(shuō)，有其特殊性。由于其左右兩側(cè)幾何尺度的不對(duì)稱(chēng)性，導(dǎo)致其中傳輸?shù)墓獠ㄔ谄鋸澢耐鈧?cè)有較大的模式泄露，這是彎曲損耗產(chǎn)生的內(nèi)在本質(zhì)。因此，本發(fā)明專(zhuān)利針對(duì)彎曲光波導(dǎo)的特點(diǎn)，提出了一種截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。這種方法可以針對(duì)其芯層、包層折射率及光波導(dǎo)曲率半徑，對(duì)光波導(dǎo)截面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減少由于光波導(dǎo)彎曲所帶來(lái)的導(dǎo)波模式泄露，以減小彎曲光波導(dǎo)的損耗。這種方法可以應(yīng)用于光波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)與制備中。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提出一種截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的光彎曲損耗大等缺點(diǎn)。
技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于直波導(dǎo)而言，光波導(dǎo)設(shè)計(jì)成截面為矩形、梯形或嵴形結(jié)構(gòu)，具有軸對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)直波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)、尺寸和芯層、包層折射率，可以有效地實(shí)現(xiàn)光波的傳輸。對(duì)于彎曲光波導(dǎo)而言，由于波導(dǎo)本身存在彎曲，由彎曲導(dǎo)致的光波導(dǎo)外側(cè)傳輸模式泄露嚴(yán)重。本發(fā)明提出利用改變光波導(dǎo)截面形狀，即對(duì)傳統(tǒng)的軸對(duì)稱(chēng)截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，使得光波導(dǎo)外側(cè)尺寸增加，以盡可能地容納更多的傳輸模式，從而有效地減小了傳輸場(chǎng)模式的外漏，提高了傳輸效率，減小了光損耗。該種方法尤其在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸較小，容納傳導(dǎo)模式較少的情況下，特別有效。
本發(fā)明的截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法在于該彎曲光波導(dǎo)由芯層和包層構(gòu)成，芯層位于包層中，彎曲光波導(dǎo)芯層的芯層外側(cè)的厚度或高度大于光波導(dǎo)芯層外側(cè)的厚度或高度，或者其彎曲面上的厚度或高度有所增加。芯層的折射率大于包層折射率。彎曲光波導(dǎo)為平板型結(jié)構(gòu)時(shí)，包層包括上包層和下包層，芯層位于上包層和下包層之間。在芯層彎曲部分的外側(cè)，其厚度有所增加。
有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明根據(jù)彎曲光波導(dǎo)的特點(diǎn)，拋開(kāi)了傳統(tǒng)的軸對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)芯層設(shè)計(jì)思想，提出了端面修正的設(shè)計(jì)思想和方法，采用彎曲光波導(dǎo)外側(cè)尺寸增加以彌補(bǔ)由于波導(dǎo)彎曲帶來(lái)的光傳輸模式泄露，解決了傳統(tǒng)軸對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)芯層設(shè)計(jì)中，彎曲波導(dǎo)損耗過(guò)大的問(wèn)題。


圖1是平板波導(dǎo)示意圖。
圖2是三維矩形條波導(dǎo)示意圖。
圖3是梯形和嵴形波導(dǎo)芯層截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是截面修正的彎曲光波導(dǎo)芯層截面示意圖。
圖5是截面修正的彎曲光波導(dǎo)芯層截面多種結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有光波導(dǎo)上包層1，上包層11，下包層12，芯層2，芯層內(nèi)側(cè)21，芯層外側(cè)22。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法是，在彎曲光波導(dǎo)外側(cè)芯層厚度或高度總是大于用光波導(dǎo)內(nèi)側(cè)，或者其彎曲面上的厚度或高度有所增加。芯層2的折射率大于包層1折射率。彎曲光波導(dǎo)為平板型結(jié)構(gòu)時(shí)，包層1包括上包層11和下包層12，芯層2位于上包層11和下包層12之間，芯層2的折射率大于上包層11或下包層12的折射率。
上述截面修正的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖(圖4)，只是舉例說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法，不能窮盡該方法所設(shè)計(jì)圖形的全部。在彎曲光波導(dǎo)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)通過(guò)增加或優(yōu)化端面結(jié)構(gòu)尺寸，以減小光波導(dǎo)模式泄露的方法，都屬于該專(zhuān)利保護(hù)之內(nèi)容。
以下是采用截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的具體實(shí)施方式
。
對(duì)于彎曲光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)，將其彎曲條波導(dǎo)或嵴型波導(dǎo)等“軸對(duì)稱(chēng)截面”波導(dǎo)根據(jù)其彎曲程度設(shè)計(jì)成非軸對(duì)稱(chēng)的截面形狀，該形狀的特點(diǎn)是彎曲波導(dǎo)的外側(cè)面厚度或高度大于內(nèi)側(cè)面，以減小由于波導(dǎo)彎曲所帶來(lái)的傳導(dǎo)模式泄露。彎曲光波導(dǎo)為平板型結(jié)構(gòu)時(shí)，包層1包括上包層11和下包層12，芯層2位于上包層11和下包層12之間，在芯層2彎曲部分的外側(cè)，其厚度有所增加。
用于制備該彎曲波導(dǎo)的材料可以包括所有能用于制備波導(dǎo)的材料。即該設(shè)計(jì)方法本身對(duì)制備光波導(dǎo)的材料不加以特殊的限制。
權(quán)利要求
1.一種截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該彎曲光波導(dǎo)由芯層(2)和包層(1)構(gòu)成，芯層(2)位于包層(1)中，彎曲光波導(dǎo)芯層(2)的芯層外側(cè)(22)的厚度或高度大于光波導(dǎo)芯層內(nèi)側(cè)(21)的厚度或高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于芯層(2)的折射率大于包層(1)折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于彎曲光波導(dǎo)為平板型結(jié)構(gòu)時(shí)，包層(1)包括上包層(11)和下包層(12)，芯層(2)位于上包層(11)和下包層(12)之間，在芯層(2)彎曲部分的外側(cè)，其厚度有所增加。
全文摘要
截面修正的彎曲光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法是一種利用改變光波導(dǎo)截面形狀，以減小光波導(dǎo)模式泄露的方法。即對(duì)傳統(tǒng)的軸對(duì)稱(chēng)截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，使得光波導(dǎo)外側(cè)尺寸增加，以盡可能地容納更多的傳輸模式，從而有效地減小了傳輸場(chǎng)模式的外漏，提高了傳輸效率，減小了光損耗。具體方法是該彎曲光波導(dǎo)由芯層(2)和包層(1)構(gòu)成，芯層(2)位于包層(1)中，彎曲光波導(dǎo)芯層(2)的芯層外側(cè)(22)的厚度或高度大于光波導(dǎo)芯層內(nèi)側(cè)(21)的厚度或高度，或者其彎曲面上的厚度或高度有所增加；芯層(2)的折射率大于包層(1)折射率。
文檔編號(hào)G02B6/02GK1858625SQ200610040768
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者張彤, 崔一平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)