矽通道波導與光纖耦合之nanotaper設計

Design of Nanotaper for Light Coupling from Silicon Channel Waveguide to Fiber

蔡惠茹(Huei-Ju Tsai)

指導教授 ： 趙煦

國立清華大學/電機資訊學院/電機工程學系/碩士(2006年)

摘要

本文主要希望能在單模的矽通道波導與單模光纖之間，設計出一個能達到最高耦合效率的結構，即為nanotaper。本文中利用三維的時域有限差分法(3D-Finite Difference Time Domain)及光束傳播法(Beam Propagation Method)來進行結構上及模態的模擬。
一開始，先在nanotaper的結構參數(nanotaper的總長度、尖端開口寬度、曲線次方數及高度)中，選定欲進行優化的結構參數：開口寬度及曲線次方數，接著利用三維時域有限差分法來模擬光在nanotaper中傳輸的情形，並計算得到模態轉換損耗；使用光束傳播法來模擬出nanotaper中的光模態，進而計算此光模態與單模光纖模態之間的不匹配程度，而得到模態不匹配損耗；加總模態轉換損耗及模態不匹配損耗後，可得到總損耗。
而根據改變不同的nanotaper開口寬度及nanotaper曲線次方數，可分別找出這兩種結構參數與各種損耗之間的關係。在nanotaper中傳輸時，模態不匹配損耗主導總損耗的趨勢；而當光一旦進入空氣中時，則反而是模態轉換損耗成為影響總損耗的關鍵。在Nanotaper中時，當nanotaper曲線次方數為5、開口寬度為0.03μm，有最低的模態不匹配損耗；曲線次方數為8、開口寬度為0.09μm時有最低的總損耗。利用經過模擬並計算後做出的損耗與結構參數之間的關係圖，可快速的決定出最適合的結構之尺寸規格。

關鍵字

模態轉換損耗 ； 模態不匹配損耗

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Nanotaper

參考文獻

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