实验三：弯曲波导结构设计

一、实验目的：

1

、

掌握弯曲波导的结构、工作原理

2

、

了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术

二、实验原理：

在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上，

附着上折射率比衬底略高、

厚度可以

与光波长相比较的薄膜，

光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波导。

在

二维光波导的情况下，

只有沿厚度方向对光是封闭的，

因此波导中的光可以沿表

面自由传播。

这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。

但是，

实际上利用

光波导组成光调制器和光开关的时候，

光沿表面方向也必须是封闭的，

光波的分

路、弯曲、耦合等也必须都能够控制，这就是三维光波导。

作为变换光路用的三维光波导器件，弯曲波导占据重要地位。其中，弯曲半径

R

越小，

传输距离越短，

越容易产生光路变换。

但是弯曲波导的损耗随着弯曲半径

R

的减小而增加。图

1

表示弯曲部分的导模场分布。在弯曲波导中，为了使光波

在传输过程中，

其波面不被破坏，

弯曲部分外侧波导光的相速度必须大于内侧波

导光的相速度。因此，在弯曲外侧所看到的光波中，在

c

r

r



部分的相速度会超

过光速。这就意味着在

c

r

r



部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。当设计

弯曲波导时，

正确评估这部分辐射损耗至关重要。

假定在弯曲部分伴随着辐射而

造成的波导光衰减常数为

a

，在

1



aR

的场合下，可以得出