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新型低损耗1×3光分路器的优化设计* 摘要：为改进传统Y分支光分路器损耗较大的缺陷，我们采用直锥形波导来代替传统的直波导来减小器件的尺寸，并且采用激模波导结构设计1×3分支波导。设计中利用辐射模和本征基模的叠加来修正光波场，通过改善模匹配来降低分支耦合损耗，同时通过对对称输出弯曲分支波导的优化来降低弯曲损耗，最后在1×3光分路器中的两弯曲波导的输出端加入过渡锥形波导来降低损耗和优化分路器的输出均匀性，并用有限差分光束传播法对该1×3分支波导进行数值模拟。模拟结果表明该结构具有均匀性好、器件尺寸小、损耗小和结构简单等优点，有利于器件的进一步集成。 关键词：1×3分支波导 直锥形波导 模式匹配 耦合损耗 输出均匀性 中图分类号：TN 252 文献标识码: AOptimized Design of a Low-loss 1×3 Optical Splitter Tong Xizhou Zhou Jun Zhao Feng Zhen Huiru Department of Optical Engineering, School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, Jiangsu, China Abstract: In order to improve the relatively great loss of Y branch optical splitter, straight tapered waveguide instead of traditional straight waveguide is adopted to minish the size of apparatus and a new low-loss 1×3 optical splitter of three cascaded branches is used. In the design, radiation mode and fundamental mode are overlaid to modify the mode field. The improvement of mode matching is used to reduce the branching loss. Meanwhile, optimize the balanced output banding branch waveguide to reduce the loss of bending. Finally, add tapered transitional waveguide to the fan-out of the two banding waveguide in the 1×3 optical tapping element. The results indicate that this structure has the advantages of good homogeneity, small-size apparatus, low loss, and simple structure and is propitious to further integration. Key words: 1×3 branch waveguide, straight tapered waveguide, Mode matching, Coupling loss, Symmetry of output 0 前言 70年代初，Yajina[1]用实验证实了Y分支波导结构具有功率分配作用。到目前为止，Y分支波导作为集成光学中一种重要的光波导器件单元，广泛的用于光开关[2]、光功分器[3]、M-Z干涉型光调制器[4]等器件。然而，由于传统的Y分支波导结构在分支点附近存在模式转换和辐射损耗，只有在分支角很小的情况下，才可忽略不计。这样就造成1×N分路器拉的很长，器件的结构不紧凑；同时小的分支角也给制造工艺带来了很大难度。为了避开工艺上的限制，目前对Y分支角提出了很多改进措施，如将尖分角用圆角或方角来代替[5]，或在Y分叉部位设置一个低折射率楔区[6]等。虽然理论和实验都取得了较好的结果，但是几何结构复 Fig8 三种弯曲波导输出长度与弯曲损耗的关系 从上图可以看到随着输出波导长度的增加正弦弯曲波导的弯曲损耗最大、双圆弧次之、余弦弯曲损耗最小，为此我们对1×3光分路器采用余弦分支波导作为输出端。 最后综合以上的优化结果，我们对输出均匀度进行考察，三个输出端口的功率分配比率分别为29.7%、36.3%、30.5%,这主要是由于两侧的对称分支是弯曲的，必然光场中心在传播时会偏离波导中心，并