氧化物单模脊形光波导分束器的优化设计及制作

氧化物单模脊形光波导分束器是集成光学和光波导器件领域的关键组件，主要用于实现光的定向传输和分束。本文主要探讨了如何通过优化设计和制作方法来提升这种分束器的性能。作者们来自云南大学物理与天文学院，他们通过改进有效折射率法（EIM），定义了新的归一化参数，从而更精确地确定脊形光波导的单模条件。 文章介绍了条形光波导的重要性，特别是脊形光波导，因为它们具有良好的模式约束性、简单的制作工艺和较低的成本。单模传输对于高性能的光波导器件至关重要，因为它可以减少信号失真并提高传输效率。脊形光波导的单模条件和结构参数是设计这类器件的关键因素。 传统的脊形光波导单模条件通常受到外脊高（r）的限制，r通常要求大于0.5。然而，通过新的归一化参数定义，作者们打破了这个限制，允许r的取值进入r<0.5的范围，这为设计更小尺寸的单模脊形光波导提供了可能性。这种方法不仅简化了模式本征方程的解析表达，还提高了设计的灵活性和便利性。 文章进一步讨论了各种数值计算方法，如有效折射率法、有限元法、模式匹配方法、有限差分法和光束传播方法，这些都是用于求解脊形光波导单模条件的常用工具。作者基于EIM进行了合理简化，通过自定义的归一化参量，给出了脊形光波导模式本征方程和单模条件的简便解析表达式。这种方法使得设计者能够更快捷地计算出满足单模传输要求的脊形光波导的几何尺寸。 此外，作者特别关注了氧化物脊形光波导，这种材料因其与现有集成光路和光纤的良好兼容性而备受青睐。通过新的设计方法，他们成功制作了单模工作的氧化物脊形光波导，并且能够准确控制加工容限，这对于实际的器件制作非常重要。 这篇研究论文提供了一种优化脊形光波导设计的新途径，特别是对于氧化物材料的单模脊形光波导分束器。这一创新将有助于推动集成光学和光电子技术的发展，为制造更高性能、更小型化的光波导器件奠定了基础。