截面修正的弯曲光波导结构的设计方法
阅读：387发布：2020-05-14
专利汇可以提供截面修正的弯曲光波导结构的设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且截面修正的弯曲光 波导 结构的设计方法是一种利用改变光波导截面形状，以减小光波导模式泄露的方法。即对传统的轴对称截面结构进行修正，使得光波导外侧尺寸增加，以尽可能地容纳更多的传输模式，从而有效地减小了传输场模式的外漏，提高了传输效率，减小了光损耗。具体方法是该弯曲光波导由芯层(2)和包层(1)构成，芯层(2)位于包层(1)中，弯曲光波导芯层(2)的芯层外侧(22)的厚度或高度大于光波导芯层内侧(21)的厚度或高度，或者其弯曲面上的厚度或高度有所增加；芯层(2)的折射率大于包层(1)折射率。，下面是截面修正的弯曲光波导结构的设计方法专利的具体信息内容。
截面修正的弯曲光波导结构的设计方法
技术领域
本发明是一种截面修正的弯曲光波导结构设计方法，属于弯曲光波导结构设计的技术领域。
背景技术
光波导是集成光学中最基本的物理概念，也是集成光学器件的最基本结构形式。广义上说，能够传导光波的物理结构或器件都可以称为光波导。光波导作为一种最基本的结构形式广泛地应用于光通信器件、集成光学器件中。弯曲光波导是指在几何结构上存在弯曲的光波导。弯曲光波导在光路连接、光谐振环、光耦合器、波导阵列光栅(AWG)等集成光学器件中具有重要的作用。光波导弯曲会带来弯曲损耗，弯曲损耗通常会导致光信号的减弱。因此，有效地减小弯曲光波导的弯曲损耗，提高光传输效率，是弯曲光波导设计和制备中的一个关键问题。
通常实用的光波导有二维光波导和三维光波导。二维光波导又称平板波导，其结构如图1所示。光波导的中间层称为芯层，上下两层分别称为上包层和下包层，由于芯层折射率大于包层折射率，某些模式的光波被限制在芯层传播。三维光波导通常制备成条型或嵴型结构。如图2、图3所示，其截面形状为矩形(正方形为矩形一种)、梯形或凸形。目前，弯曲的三维光波导通常也只有条形和嵴型等简单的形式。但弯曲光波导相对于直波导来说，有其特殊性。由于其左右两侧几何尺度的不对称性，导致其中传输的光波在其弯曲的外侧有较大的模式泄露，这是弯曲损耗产生的内在本质。因此，本发明专利针对弯曲光波导的特点，提出了一种截面修正的弯曲光波导结构设计方法。这种方法可以针对其芯层、包层折射率及光波导曲率半径，对光波导截面进行优化设计，从而减少由于光波导弯曲所带来的导波模式泄露，以减小弯曲光波导的损耗。这种方法可以应用于光波导器件的设计与制备中。
通常实用的光波导有二维光波导和三维光波导。二维光波导又称平板波导，其结构如图1所示。光波导的中间层称为芯层，上下两层分别称为上包层和下包层，由于芯层折射率大于包层折射率，某些模式的光波被限制在芯层传播。三维光波导通常制备成条型或嵴型结构。如图2、图3所示，其截面形状为矩形(正方形为矩形一种)、梯形或凸形。目前，弯曲的三维光波导通常也只有条形和嵴型等简单的形式。但弯曲光波导相对于直波导来说，有其特殊性。由于其左右两侧几何尺度的不对称性，导致其中传输的光波在其弯曲的外侧有较大的模式泄露，这是弯曲损耗产生的内在本质。因此，本发明专利针对弯曲光波导的特点，提出了一种截面修正的弯曲光波导结构设计方法。这种方法可以针对其芯层、包层折射率及光波导曲率半径，对光波导截面进行优化设计，从而减少由于光波导弯曲所带来的导波模式泄露，以减小弯曲光波导的损耗。这种方法可以应用于光波导器件的设计与制备中。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提出一种截面修正的弯曲光波导结构的设计方法，解决现有技术存在的光弯曲损耗大等缺点。
技术方案：本发明的技术方案是这样实现的，对于直波导而言，光波导设计成截面为矩形、梯形或嵴形结构，具有轴对称的特点，通过设计直波导的结构、尺寸和芯层、包层折射率，可以有效地实现光波的传输。对于弯曲光波导而言，由于波导本身存在弯曲，由弯曲导致的光波导外侧传输模式泄露严重。本发明提出利用改变光波导截面形状，即对传统的轴对称截面结构进行修正，使得光波导外侧尺寸增加，以尽可能地容纳更多的传输模式，从而有效地减小了传输场模式的外漏，提高了传输效率，减小了光损耗。该种方法尤其在光波导结构尺寸较小，容纳传导模式较少的情况下，特别有效。
本发明的截面修正的弯曲光波导结构的设计方法在于该弯曲光波导由芯层和包层构成，芯层位于包层中，弯曲光波导芯层的芯层外侧的厚度或高度大于光波导芯层外侧的厚度或高度，或者其弯曲面上的厚度或高度有所增加。芯层的折射率大于包层折射率。弯曲光波导为平板型结构时，包层包括上包层和下包层，芯层位于上包层和下包层之间。在芯层弯曲部分的外侧，其厚度有所增加。
有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：本发明根据弯曲光波导的特点，抛开了传统的轴对称波导芯层设计思想，提出了端面修正的设计思想和方法，采用弯曲光波导外侧尺寸增加以弥补由于波导弯曲带来的光传输模式泄露，解决了传统轴对称波导芯层设计中，弯曲波导损耗过大的问题。
附图说明
图1是平板波导示意图。
图2是三维矩形条波导示意图。
图3是梯形和嵴形波导芯层截面结构示意图。
图4是截面修正的弯曲光波导芯层截面示意图。
图5是截面修正的弯曲光波导芯层截面多种结构示意图。
以上的图中有光波导上包层1，上包层11，下包层12，芯层2，芯层内侧21，芯层外侧22。
技术方案：本发明的技术方案是这样实现的，对于直波导而言，光波导设计成截面为矩形、梯形或嵴形结构，具有轴对称的特点，通过设计直波导的结构、尺寸和芯层、包层折射率，可以有效地实现光波的传输。对于弯曲光波导而言，由于波导本身存在弯曲，由弯曲导致的光波导外侧传输模式泄露严重。本发明提出利用改变光波导截面形状，即对传统的轴对称截面结构进行修正，使得光波导外侧尺寸增加，以尽可能地容纳更多的传输模式，从而有效地减小了传输场模式的外漏，提高了传输效率，减小了光损耗。该种方法尤其在光波导结构尺寸较小，容纳传导模式较少的情况下，特别有效。
本发明的截面修正的弯曲光波导结构的设计方法在于该弯曲光波导由芯层和包层构成，芯层位于包层中，弯曲光波导芯层的芯层外侧的厚度或高度大于光波导芯层外侧的厚度或高度，或者其弯曲面上的厚度或高度有所增加。芯层的折射率大于包层折射率。弯曲光波导为平板型结构时，包层包括上包层和下包层，芯层位于上包层和下包层之间。在芯层弯曲部分的外侧，其厚度有所增加。
有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：本发明根据弯曲光波导的特点，抛开了传统的轴对称波导芯层设计思想，提出了端面修正的设计思想和方法，采用弯曲光波导外侧尺寸增加以弥补由于波导弯曲带来的光传输模式泄露，解决了传统轴对称波导芯层设计中，弯曲波导损耗过大的问题。
附图说明
图1是平板波导示意图。
图2是三维矩形条波导示意图。
图3是梯形和嵴形波导芯层截面结构示意图。
图4是截面修正的弯曲光波导芯层截面示意图。
图5是截面修正的弯曲光波导芯层截面多种结构示意图。
以上的图中有光波导上包层1，上包层11，下包层12，芯层2，芯层内侧21，芯层外侧22。
具体实施方式
本发明的设计方法是，在弯曲光波导外侧芯层厚度或高度总是大于用光波导内侧，或者其弯曲面上的厚度或高度有所增加。芯层2的折射率大于包层1折射率。弯曲光波导为平板型结构时，包层1包括上包层11和下包层12，芯层2位于上包层11和下包层12之间，芯层2的折射率大于上包层11或下包层12的折射率。
上述截面修正的结构设计示意图(图4)，只是举例说明本发明的设计方法，不能穷尽该方法所设计图形的全部。在弯曲光波导设计中，设计通过增加或优化端面结构尺寸，以减小光波导模式泄露的方法，都属于该专利保护之内容。
以下是采用截面修正的弯曲光波导结构设计方法的具体实施方式。
对于弯曲光波导的设计，将其弯曲条波导或嵴型波导等“轴对称截面”波导根据其弯曲程度设计成非轴对称的截面形状，该形状的特点是弯曲波导的外侧面厚度或高度大于内侧面，以减小由于波导弯曲所带来的传导模式泄露。弯曲光波导为平板型结构时，包层1包括上包层11和下包层12，芯层2位于上包层11和下包层12之间，在芯层2弯曲部分的外侧，其厚度有所增加。
用于制备该弯曲波导的材料可以包括所有能用于制备波导的材料。即该设计方法本身对制备光波导的材料不加以特殊的限制。
上述截面修正的结构设计示意图(图4)，只是举例说明本发明的设计方法，不能穷尽该方法所设计图形的全部。在弯曲光波导设计中，设计通过增加或优化端面结构尺寸，以减小光波导模式泄露的方法，都属于该专利保护之内容。
以下是采用截面修正的弯曲光波导结构设计方法的具体实施方式。
对于弯曲光波导的设计，将其弯曲条波导或嵴型波导等“轴对称截面”波导根据其弯曲程度设计成非轴对称的截面形状，该形状的特点是弯曲波导的外侧面厚度或高度大于内侧面，以减小由于波导弯曲所带来的传导模式泄露。弯曲光波导为平板型结构时，包层1包括上包层11和下包层12，芯层2位于上包层11和下包层12之间，在芯层2弯曲部分的外侧，其厚度有所增加。
用于制备该弯曲波导的材料可以包括所有能用于制备波导的材料。即该设计方法本身对制备光波导的材料不加以特殊的限制。
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