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1、5.3大角度Y分支波导模拟,江苏大学 机械学院 陈明阳 2010年11月,一 引言,1设计内容 绘制(设置)两种特殊折射率分布的Y分支波导,并计算其输出光强与分支角的关系 2 学习重点 (1) 波导折射率设置 (2) 用扫描法优化波导结构参数,3普通Y分支波导结构及特点,示例,知识点 顶点设置之 角度参考,已知波导某一端点的坐标A(x0,z0),要设置波导另一端点坐标B(x1,z1),可通过设置直线AB和Z轴的夹角alpha和一个坐标值(x1或z1)实现。,alpha,(x0,z0),(x1,z1),3普通Y分支波导结构及特点,示例,缺点:分支角小,导致波导长度过长,二 锥形分支波导设计,1
2、锥形分支波导传光原理,2 波导结构及参数设置,初始对话框设置,保证单模传输,基本结构,分支波导参数设置,以角度参考形式定义分支波导的终点坐标,设置输出波导长 度 要求:保持输出端 间距不变,保证输 出场不发生耦合,Lz,Lx,Lz=Lx/tan(),挖去锥形波导中间部分,目的: 使锥形波导中间部分的折射率与背景折射率相同 实现方法：增加一折射率等于背景折射率的直波导（波导折射率差为0）,将直波导的优先级设为1。,XZ面折射率计算,设置之前,设置之后,说明,波导叠加规则: 1.同一优先级时,取折射率大的波导的折射率为重叠部分的折射率（谁大取谁）; 2.不同优先级时,取优先级高的波导对应的折射率（
3、谁高取谁）。,波导性能分析,通过扫描法了解不同角度下分支波导的输出光情况,3 扫描结果,普通锥形Y分支波导,输出能量与分支角关系,普通Y分支波导,输出能量与分支角关系,三种波导传输特性对比,锥形分支波导,普通Y分支波导,普通锥形分支波导,二 渐变折射率Y分支波导,原理：通过在过渡区设置渐变折射率区,获得低损耗、大角度光输出 学习重点: 自定义波导折射率(user profile)设置,1 过渡区折射率分布,知识点 自定义折射率分布函数,首先对波导的xyz坐标进行归一化 其中w, h,l 分别为波导的宽度、高度与长度 (width, height, length) 结果有: x-1,1,y -1
4、,1,z 0,1,Profile,Taper,f函数取值范围要求归一化为0,1,横向(横截面)折射率分布函数:,纵向折射率分布函数:,二维折射率分布设置(三维波导模拟)时，如只在一个方向折射率有变化，可以设置为:,2 渐变折射率波导参数设置,设置内容: (1)设置基本参数 (2)定义折射率分布函数,过渡区波导参数设置,采用叠加法实现渐变折射率分布,采用叠加法实现渐变折射率分布,采用叠加法实现渐变折射率分布,知识点: 波导重叠区域折射率规则,两个（或多个）波导重叠时，其折射率有两种定义方式： 1. Merge Mode(合并模式)：选其中一个波导的折 射率为重叠区折射率 2. Add Mode(
5、相加模式) 将设为add mode的波导与背景的折射率差，加到根据Merge Mode确定的波导折射率上，即 重叠区折射率: n=no+ n1 (x,y,z) no为根据Merge Mode确定的波导折射率 n1为add mode波导与背景的折射率差,举例,左侧波导,delta2,设置添加的波导的折射率,设置折射率分布函数,折射率函数名,来源类型,文件名或 函数表达式,注意: z/x指 z和x,组合模式设置,对左侧波导点右键，修改波导的属性,合并,缺省设置,添加,右侧波导参数设置,折射率分布自定义函数为： 0.5*(1+x)+0*y 其它与左侧波导相同。,结果: 过渡区折射率分布,与预期结果不同!,原因: 存在无重叠区,改进结构增加两段直波导,折射率相同,渐变折射率波导,叠加后的折射率分布,计算结果,输出值0.42,原始结构,输出值0.29,
