說明

本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計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。(聯(lián)系我們獲取文章附件)

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綜述

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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，是集成電路的關鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區(qū)域之間的良好匹配，可以將損耗降至最低。EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優(yōu)化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。

運行和結(jié)果

第1步：優(yōu)化 MMI 幾何結(jié)構

使用EME運行一系列參數(shù)掃描以優(yōu)化 MMI 性能。

· 模式收斂掃描

確保每個單元格中的模式數(shù)量足以給出準確的結(jié)果，模式收斂掃描是確保仿真結(jié)果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。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、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監(jiān)視器獲得的電場強度。

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· 波長掃描

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。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據(jù)S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數(shù)關系 。

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· 纖芯長度掃描

確定纖芯的最佳長度。涉及改變區(qū)域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結(jié)果，下圖顯示了作為纖芯長度函數(shù)的傳輸。從圖中可以看出，最大傳輸發(fā)生在~37 μm的纖芯長度處。

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· taper寬度掃描

確定taper區(qū)域的最佳寬度,在“Optimizations and Sweeps”窗口中，設置參數(shù)掃描任務，將結(jié)構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，以提供通過兩個輸出端口的傳輸,結(jié)果繪制如下。

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第 2 步：S參數(shù)提取

找到最佳設計后，提取S參數(shù)作為每個感興趣模式的波長函數(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，正如預期的那樣，TE模式性能更好，因為該設備是為TE模式設計的。

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第 3 步：INTERCONNECT 中的電路仿真

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

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