1. Charakteristiky prenosu priamych vlnovodov
Priame vlnovodysú jednoduchou formou optických vlnovodov, ktoré sa zvyčajne používajú na prenos optických signálov. Jeho prenosové charakteristiky sa odrážajú hlavne v charakteristikách šírenia režimu a straty. V fotonike založených na kremíku zahŕňa strata prenosu priamych vlnovodov hlavne stratu nesúladu režimu, stratu vnútorného rozptylu a stratu rozptylu povrchu. Generovanie týchto strát úzko súvisí s geometrickou štruktúrou vlnovodu, vlastnosťami materiálu a vonkajším prostredím.
Nesúlad o režime LOSs: Strata nezhody režimu apriamy vlnovodHlavne sa vyskytuje pri ohybe vlnovodu alebo pri spojení s inými vlnovodami. Táto strata pochádza z energetického spojenia medzi rôznymi vlnovodovými režimami, čo vedie k neúčinnému prenosu časti svetelnej energie.
Strata vnútorného rozptylu: Strata vnútorného rozptylu je spôsobená nehomogenitou (napríklad defekty alebo nečistoty) vo vlnovodnom materiáli. Táto strata znižuje účinnosť prenosu vlnovodu a ovplyvňuje kvalitu optického signálu.
Strata rozptylu povrchu: Strata rozptylu povrchu je spôsobená drsnosťou alebo kontamináciou povrchu vlnovodu. Táto strata spôsobuje, že optický signál sa rozptýli počas šírenia, čím sa znižuje účinnosť prenosu.
2. Analýza straty priamych vlnovodov
Analýza stratypriame vlnovodyje dôležitou súčasťou návrhu optimalizácie. Podľa existujúceho výskumu pochádza strata prenosu priamych vlnovodov najmä z nasledujúcich aspektov:
Nesúlad indexu lomu: Kedy apriamy vlnovodje spojený s zakriveným vlnovodom alebo inou štruktúrou, nesúlad indexu lomu spôsobí, že časť svetla energie unikne do substrátu alebo iným smerom, čím sa zvýši strata.
Strata žiarenia: Strata žiarenia apriamy vlnovodVyskytuje sa hlavne v oblasti okrajov vlnovodu. Najmä ak je šírka vlnovodu veľká alebo je polomer zakrivenia malý, strata žiarenia sa výrazne zvýši.
Odraz: Odraz koncovej tváre apriamy vlnovodOvplyvní integritu optického signálu, najmä v materiáloch s vysokou reflektivitou, kde odraz koncovej tváre môže spôsobiť veľké straty energie.
Strata konverzie režimu: V niektorých prípadoch apriamy vlnovodMusí byť pripojené k iným vlnovodným štruktúram (napríklad zakriveným vlnovodom) a toto pripojenie spôsobí stratu konverzie režimu. Strata konverzie režimu úzko súvisí s geometrickými parametrami vlnovodu (napríklad polomerom ohybu).
3. Metódy optimalizácie pre priamu stratu vlnovodu
Na zníženie straty prenosupriamy vlnovod, Vedci navrhli rôzne metódy optimalizácie:
Zlepšenie technológie spracovania: Zlepšením presnosti spracovania a znížením drsnosti a defektov povrchu vlnovodu je možné účinne znížiť vnútorné straty rozptylu a rozptylu povrchu.
Optimalizácia kontrastu indexu lomu: Úpravou kontrastu indexu lomu medzi vrstvou jadra a opláštením je možné znížiť stratu nezhody režimu a stratu žiarenia.
Používanie materiálov s nízkym stratou: Výber materiálov s nízkou stratou (ako je nitrid kremíka), pretože materiály vlnovodu môžu významne znížiť vnútorné straty rozptylu a žiarenia.
Optimalizácia geometrickej štruktúry: Úpravou geometrických parametrov, ako je šírka a polomer ohýbania vlnovodu, je možné účinne znížiť stratu konverzie režimu a strata žiarenia.
Pomocou viacvrstvového metamateriálneho opláštenia: Pridanie viacvrstvového metamateriálneho opláštenia na povrchu vlnovodu môže potlačiť stratu žiarenia a zlepšiť účinnosť prenosu.
4. Záver
Ako základný komponent vo fotonických integrovaných obvodoch, prenosové charakteristiky a charakteristiky stratypriame vlnovodymať dôležitý vplyv na výkon zariadenia. Hlboko analýzou prenosových charakteristík a zdrojov straty priamych vlnovodov a ich kombináciou s optimalizovanými metódami navrhovania je možné výrazne vylepšiť výkon a integrácia fotonických zariadení. Budúci výskum by mal ďalej skúmať nové materiály a konštrukčné návrhy, aby sa dosiahla nižšie straty a fotonické integrované obvody s vyššou účinnosťou.
Odkaz:
1. Weifeng Jiang, Siqiang Mao a kol. „Inverzný dizajn a demonštrácia priechodného filtra s vysokým režimom kremíka na čipe.“ APL Photonics (2024) .. Weifeng Jiang.
2. Yingying Han, Lei Xiong a kol. „Pozorovanie laditeľného stavu náhodného viazaného v kontinuu v poli Nanodisk Silicon Nanodisk.“ Nanofotonika (2024) .. Yingying Han, Lei Xiong, Jianping Shi.
3. Optimalizovaný návrh spojiek MMI založený na mikroresonátoroch. Le Trung Thanh a kol.
4. Ge-bohatý kremík germánium ako nová platforma pre optické prepojenia na kremíku. Vladyslav Vakarin.
5. Vlastnosti prenosu obdĺžnikových dutých vlnovodov pre laserové svetlo CO2. Hisatada Machida 等.
[1992-12]
6. Normalizovaný prístup k návrhu optických vlnovodov s nízkou stratou