Ống dẫn sóng buried channel có lõi dẫn sóng chiết suất cao được chơn trong mơi trường có chiết suất thấp. Lõi dẫn sóng đó có thể có bất kỳ hình dạng mặt cắt ngang
Chương 2: Ống dẫn sóng quang học
nào nhưng hình dạng được dùng nhiều nhất là hình chữ nhật như trong hình 2.4(a). Ống dẫn sóng strip-loaded là ống dẫn sóng có chứa một ống dẫn sóng phẳng ở trên cùng, bắt giữ ánh sáng theo trục x, với dải điện mơi có chiết suất 𝑛3 < 𝑛1 hoặc một dải kim loại để dễ dàng bắt giữ ánh sáng theo hướng y, được thấy trong hình 2.4(b). Lõi dẫn sóng của ống dẫn sóng strip nằm trong vùng chiết suất 𝑛1 dưới dải loading- strip, với độ dày d của nó được xác định bởi độ dày lớp 𝑛1 và chiều rộng 𝑤 của nó là chiều rộng của loading-strip. Ống dẫn sóng ridge ở hình 2.4(c), có cấu trúc giống như ống dẫn sóng strip là ở trên cùng của cấu trúc phẳng là lõi dẫn sóng với chiết suất cao. Ống dẫn sóng ridge bắt giữ ánh sáng tốt vì nó được bao quanh bởi 3 mặt khơng khí có chiết suất thấp. Ống dẫn sóng rib, được thấy ở hình 2.4(d), có cấu trúc tương tự như ống dẫn sóng strip hay ridge nhưng strip của nó có chiết suất giống như lớp phẳng có chiết suất cao và là một phần của lõi sóng. Bốn loại ống dẫn sóng này thường là các ống dẫn sóng hình chữ nhật với độ dày 𝑑 theo hướng 𝑥 và chiều rộng 𝑤 theo hướng 𝑦, mặc dù hình dạng của chúng thường khơng chính xác là một hình chữ nhật. Ống dẫn sóng diffused, trong hình 2.4(e), được hình thành bằng cách tạo ra một vùng có chiết suất cao trong lớp nền thông qua khuếch tán của các tạp chất, như là ống dẫn sóng LiNbO3 với lõi là chất khuếch tán Ti. Do quá trình khuếch tán, các biên của lõi trong lớp nền không được xác định rõ ràng. Tuy nhiên, ống dẫn sóng diffused cũng có độ dày d được xác định bởi độ sâu khuếch tán của các tạp chất theo hướng 𝑥 và chiều rộng 𝑤 được xác định bằng sự phân bố của các tạp chất theo hướng 𝑦.
Một đặc tính khác biệt của ống dẫn sóng điện mơi khơng phẳng so với các ống dẫn sóng phẳng là ống dẫn sóng khơng phẳng hỗ trợ chế độ lai (hybrid modes) kết hợp với các mode TE và TM trong khi một ống dẫn sóng phẳng chỉ hỗ trợ mode TE và TM. Ống dẫn sóng điện mơi khơng phẳng thường khơng có các giải pháp phân tích cho các đặc tính chế độ truyền dẫn của chúng. Các phương pháp xấp xỉ như phương pháp truyền chùm tia (beam propagation method) tồn tại để phân tích ống dẫn sóng như vậy. Ở đây, ta quan tâm đến việc có được các giải pháp gần đúng cung cấp các đặc tính của mode mà khơng có phương pháp phân tích số.
Chương 2: Ống dẫn sóng quang học
2.5 Kết luận chương
Qua chương này ta đã có thể thấy 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. 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 khơng phẳng. Trong bài báo cáo đồ án của em sẽ tiến hành mơ phỏng ống dẫn sóng dạng rib/ridge.
Chương 3: Cấu tạo thiết bị tách/ghép mode TM và các phương pháp thiết kế
CHƯƠNG 3
CẤU TẠO THIẾT BỊ TÁCH/GHÉP MODE TM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ. 3.1. Giới thiệu chương
Trong chương này em sẽ trình bày những nội dung gồm các phần: - Giới thiệu tổng quan về bộ giao thoa đa mode MMI.
- Lý thuyết về bộ giao thoa đa mode MMI: Nguyên lý của hiện tượng ảnh tự chụp, ống dẫn sóng đa mode, khái quát về giao thoa.
- Cấu trúc Y-Junction. - Cấu trúc bộ dịch pha.
- Các phương pháp thiết kế, mô phỏng.
3.2. Tổng quan về bộ giao thoa đa mode MMI
Bộ giao thoa đa mode (MMI coupler) có cơ sở dựa trên hiện tượng tự chụp ảnh (self-imaging), một đặc tính của ống dẫn sóng đa mode. Theo đó một trường đầu vào được tái tạo trong một hoặc nhiều ảnh tại các khoảng cách có tính chất chu kỳ dọc theo hướng truyền của ống dẫn sóng. Cấu trúc đang nhanh chóng được sử dụng phổ biến và ứng dụng như các bộ tách ghép công suất trong các thiết bị chuyển mạch độc lập phân cực, các bộ thu quang học đa pha vòng laser bán dẫn.
Bộ giao thoa đa mode hỗ trợ cơ chế giao thoa của nhiều mode được kích thích khi dẫn truyền trong ống dẫn sóng. Ngồi ra, bộ giao thoa đa mode giải quyết được vấn đề băng thông rộng, độ phụ thuộc phân cực thấp, tổn hoa thấp hơn 0.5 dB, kích thước nhỏ để giảm chi phí sản xuất của các thiết bị định tuyến, ghép nối tín hiệu.
3.3 Lý thuyết về bộ giao thoa đa mode MMI và phương pháp phân tích truyền mode. mode.
Phương pháp phân tích truyền mode – MPA (mode propagation method) được hiểu về mặt lý thuyết là để mô tả hiện tượng giao thoa đa mode trong ống dẫn sóng. Phương pháp này đầu tiên đưa vào một trường đầu vào, sau đó nó sẽ kích thích cơ chế
Chương 3: Cấu tạo thiết bị tách/ghép mode TM và các phương pháp thiết kế
giao thoa và tự chụp ảnh trong miền ống dẫn sóng đa mode, truyền các mode được dẫn, tính tốn trường đầu ra bằng tái kết hợp các trường được truyền [2].
Cấu trúc trung tâm của thiết bị MMI là một ống dẫn sóng được thiết kế để hỗ trợ một số lượng lớn các mode (thường là lớn hơn 3). Để phát ánh sáng vào trong và thu hồi ánh sáng từ ống dẫn sóng truy nhập (access waveguide) được bố trí tại các điểm đầu vào và kết thúc của ống dẫn sóng đa mode (các ống dẫn sóng truy nhập thường là chỉ hộ trợ đơn mode). Các thiết bị này thường được gọi là bộ ghép MMI N×M, trong đó N và M là số lượng ống dẫn sóng đầu vào và đầu ra tương ứng. Ống dẫn sóng ba chiều với phương pháp phân tích truyền mode được kết hợp tính tốn với bằng các phương pháp phân tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn. Thường các ống dẫn sóng đa mode có chiều theo chiều ngang (transverse) lớn hơn nhiều so với chiều dày (lateral).