01說明

本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計(jì)算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數(shù)在INTERCONNECT中創(chuàng)建MMI的緊湊模型。

02綜述

低損耗光耦合器和光分路器是基于Mach-Zehnder的光調(diào)制器的基本組件，是集成電路的關(guān)鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導(dǎo)處使用taper以確保輸入和輸出波導(dǎo)的模式與干涉區(qū)域之間的良好匹配，可以將損耗降至ZUI低。EME求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對(duì)TE模式進(jìn)行了優(yōu)化，但該方法可以擴(kuò)展到任何設(shè)計(jì)和極化。

03運(yùn)行和結(jié)果

第1步：優(yōu)化MMI幾何結(jié)構(gòu)

使用EME運(yùn)行一系列參數(shù)掃描以優(yōu)化MMI性能。

模式收斂掃描

確保每個(gè)單元格中的模式數(shù)量足以給出準(zhǔn)確的結(jié)果，模式收斂掃描是確保仿真結(jié)果可靠的重要部分，應(yīng)作為 EME 仿真文件初始設(shè)置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結(jié)果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數(shù)量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長(zhǎng)、纖芯長(zhǎng)度和錐形寬度）。右圖為從field_profile監(jiān)視器獲得的電場(chǎng)強(qiáng)度。

波長(zhǎng)掃描

EME是一種單頻求解器，參數(shù)掃描是獲得寬頻結(jié)果所必需的。將波長(zhǎng)掃描設(shè)置為1.5~1.6 μm，具有100個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)，按波長(zhǎng)掃描。波長(zhǎng)掃描選項(xiàng)卡返回S矩陣，然后可以根據(jù)S矩陣的S21元素計(jì)算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長(zhǎng)掃描功能獲得的1.1 μm taper寬度的MMI傳輸與波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系 。

纖芯長(zhǎng)度掃描

確定纖芯的ZUI佳長(zhǎng)度。涉及改變區(qū)域長(zhǎng)度的掃描非常適合EME求解器，因?yàn)閹缀蹩梢粤⒓传@得結(jié)果，下圖顯示了作為纖芯長(zhǎng)度函數(shù)的傳輸。從圖中可以看出，ZUI大傳輸發(fā)生在~37 μm的纖芯長(zhǎng)度處。

taper寬度掃描

確定taper區(qū)域的ZUI佳寬度,在“Optimizations and Sweeps”窗口中，設(shè)置參數(shù)掃描任務(wù)，將結(jié)構(gòu)組的寬度屬性掃描在0.4μm~1.1μm之間，并收集S矩陣。腳本文件用于運(yùn)行此參數(shù)掃描并收集S矩陣結(jié)果。然后將從S矩陣的S21元素獲得的值平方，以提供通過兩個(gè)輸出端口的傳輸,結(jié)果繪制如下。

第 2 步：S參數(shù)提取

找到ZUI佳設(shè)計(jì)后，提取S參數(shù)作為每個(gè)感興趣模式的波長(zhǎng)函數(shù)。MMI_write_s_params.lsf 腳本文件提取 1×2 MMI 耦合器的s參數(shù)（作為TE和TM模式波長(zhǎng)的函數(shù)）并將它們保存到文件MMI-s-params.txt中。

下圖顯示了TE和TM模式到輸出端口之一的傳輸，正如預(yù)期的那樣，TE模式性能更好，因?yàn)樵撛O(shè)備是為TE模式設(shè)計(jì)的。

第 3 步：INTERCONNECT 中的電路仿真

使用光學(xué)n端口S參數(shù)(SPAR)元素在INTERCONNECT中創(chuàng)建一個(gè)緊湊模型，并將第2步得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入。通過重現(xiàn)上一步中獲得的傳輸曲線來驗(yàn)證MMI緊湊模型。該圖顯示了兩種偏振的傳輸。

審核編輯：湯梓紅