介紹

在高約束芯片上與亞微米波導上耦合光的兩種主要方法是光柵或錐形耦合器。[1]

耦合器由高折射率比材料組成，是基于具有納米尺寸尖端的短錐形。[2]

錐形耦合器實際上是光纖和亞微米波導之間的緊湊模式轉換器。[2]

錐形耦合器可以是線性[1]或拋物線性[2]過渡。

選擇Silicon-on-insulator（SOI）技術作為納米錐和波導的平臺，因為它提供高折射率比，包括二氧化硅層作為光學緩沖器，并允許與集成電子電路兼容。[2]

[1]Jaime Cardenas, et al., “High Coupling Efficiency Etched Facet Tapers in Silicon Waveguides,” IEEE Phot. Tech. Lett. VOL. 26, NO. 23, 2380-2382 (2014)

[2]Vilson R. Almeida, et al., "Nanotaper for compact mode conversion," Opt. Lett. 28, 1302-1304 (2003);

3D FDTD仿真

要模擬的關鍵部件是來自參考文獻[1]的線性錐形硅波導（160 nm至500 nm寬度變化超過100 um長度，250 nm高度），它埋在二氧化硅波導中（注意：使用的尺寸減小了（1.5 umx1.5 umx105 um），以便達到更快的模擬時間）

□ 了精確模擬線性錐形硅波導，錐形的網格尺寸應該要設置密度大一些，因此在這種情況下使用不均勻的網格。

□ 光源在時域中設置為CW（ λ= 1.55 um），在空間域上設置為高斯橫向分布，并且位于二氧化硅波導的硅紙尖端。

注意：模擬時間應足夠長，以確保穩態結果

 

仿真結果

 

頂視圖展示了錐形硅波導的有效耦合。

底部視圖顯示了不同位置的模式轉換（左：25 um，中間：65 um，右：103 um）