Phương pháp truyền chùm tia là một kỹ thuật xấp xỉ để mô phỏng sự lan truyền của ánh sáng trong các ống dẫn sóng quang học. Về cơ bản nó giống như phương pháp Parabolic Equation (PE) trong âm thanh dưới nước. Cả hai phương pháp BPM và PE được giới thiệu lần đầu tiên trong những năm 1970. Khi một sóng truyền dọc theo ống dẫn sóng theo một khoảng cách lớn (lớn hơn so với bước sóng), việc mô phỏng số chính xác là rất khó. Phương pháp truyền chùm tia dựa vào phương trình vi phân gần đúng nhờ đó có thể xác định một cách dễ dàng. Phương pháp truyền chùm tia là một phương pháp xấp xỉ để xác định các trường ở bên trong ống dẫn sóng. Với phương pháp này, các mode của ống dẫn sóng không thông dụng như bộ ghép hình chữ Y có thể được xác định một cách dễ dàng. Trong đó: phương pháp mô phỏng truyền chùm BPM là phương pháp được sử dụng một cách rộng rãi và hiệu quả trong toàn bộ các kết quả nghiên cứu. Các công cụ mô phỏng dựa trên phương pháp truyền chùm đã được thương mại hóa phục vụ công tác nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng các vi mạch quang tích hợp nói chung và các ống dẫn sóng giao thoa đa mode nói riêng. Công cụ mô phỏng Beam PROP của hãng Rsoft Inc – Synopsys xây dựng dựa trên phương pháp BPM với nhiều tiện ích mô phỏng đã được kiểm chính về độ chính xác và sử dụng trong nhiều nghiên cứu đã công bố gần đây về quang tích hợp (xem tham khảo thêm tại website theo đường dẫn: http://optics.synopsys.com/rsoft/rsoft-passive-device-beamprop.html).
Thiết kế bộ tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng silic
Các mode có thể được ước tính chính xác khi sóng truyền qua ống dẫn sóng. Có một số phần mềm mô phỏng thực hiện thuật toán BPM. Các phần mềm phổ biến đã được phát triển như RSoft Design và Optiwave Systems… Trong khuôn khổ đồ án sử dụng phần mềm Rsoft Design để mô phỏng [2].
2.6 Kết luận chương
Qua chương này chúng ta đã có thể nhìn được cấu trúc cơ bản của ống dẫn sóng gồm 3 lớp cơ bản (lớp lõi, lớp nền và lớp phủ). Tính chất của ống dẫn sóng quang học được xác định bởi hằng số điện môi độc lập theo hướng truyền. Các lý thuyết cơ bản về cơ sở truyền sóng được đề cập. Tuỳ thuộc vào sự thay đổi chiết suất của từng lớp mà ống dẫn sóng được phân loại thành ống dẫn sóng chiết suất phân bậc và ống dẫn sóng chiết suất biến đổi dần. Ống dẫn sóng chiết suất phân bậc có chiết suất thay đổi đột ngột giữa các lớp trong khi ống dẫn sóng chiết suất biến đổi dần có chiết suất thay đổi dần từ lõi đến lớp bao phủ. Hầu hết ống dẫn sóng được sử dụng trong các thiết bị ứng dụng là ống dẫn sóng không phẳng. Ống dẫn sóng Ridge Waveguide có thể được sử dụng để kết hợp trở kháng vì chúng làm giảm trở kháng đặc tính của ống dẫn sóng, chúng cung cấp băng thông cao hơn so với các ống dẫn sóng thông thường và khả năng bắt giữ ánh sáng tốt do nó được bao quanh bởi 3 mặt không khí có chiết suất thấp. Đồ án này sử dụng các công cụ mô phỏng Beam PROP để nghiên cứu tính toán, mô phỏng tối ưu trong các đề xuất các thiết kế của mạch tích hợp quang dựa trên các ống dẫn sóng giao thoa đa mode. Vì vậy trong bài đồ án sẽ tiến hành mô phỏng ống dẫn sóng dạng rib/ridge kèm với phương thức truyền chùm tia 3D-BPM.
Thiết kế bộ tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng silic
Chương 3: BỘ GIAO THOA ĐA MODE VÀ BỘ GHÉP ĐỊNH HƯỚNG
3.1. Giới thiệu chương
Trong chương này, nhóm sẽ trình bày các vấn đề cơ bản của bộ giao thoa đa mode (multimode interference coupler -MMI). Nội dung chương gồm các phần sau:
- Giới thiệu tổng quan về bộ giao thoa đa mode MMI N×M.
- Lý thuyết về bộ giao thoa đa mode MMI: Nguyên lý của hiện tượng ảnh tự chụp, khái quát về giao thoa, các thông số chính để thiết kế bộ MMI cùng một số thông số khác của bộ MMI như suy hao, cân bằng công suất đầu vào, đầu ra, chất lượng ảnh.