說明

本文旨在介紹 Ansys Lumerical 針對 Grating coupler 的仿真分析方法。通過設(shè)計一個光柵耦合器，將光子芯片表面的單模光纖連接到集成波導(dǎo)，并使用優(yōu)化工具用于最大化耦合效率，并使用S 參數(shù)創(chuàng)建 INTERCONNECT 中的緊湊模型。

綜述

本示例的目標(biāo)是設(shè)計一個 TE 絕緣體上硅 (SOI) 耦合器，該耦合器具有布拉格光柵結(jié)構(gòu)和頂部注入的單模光纖。此設(shè)計中的關(guān)鍵品質(zhì)因數(shù) (FOM) 是目標(biāo)波長處的耦合效率。耦合效率與光柵間距 p, 蝕刻長度 le，蝕刻深度he，光纖位置 x 以及光纖傾斜角θ 都有關(guān)。

這五個參數(shù)通常一起優(yōu)化，以最大化目標(biāo)中心波長處的耦合效率。?由于具有五個參數(shù)的?3-D?優(yōu)化非常耗時，因此此處使用?2-D?和?3-D?模型的組合并僅改變?nèi)齻€幾何參數(shù)進行兩階段優(yōu)化。?設(shè)計工作流程包括四個主要步驟。

步驟1：初始2D優(yōu)化：優(yōu)化光柵間距?p、占空比?d?和光纖位置?x

使用Lumerical “Optimizations and Sweeps”?功能，優(yōu)化完成后，最佳參數(shù)結(jié)果也將顯示在優(yōu)化狀態(tài)窗口中，如下所示：

步驟2：最終3D優(yōu)化：優(yōu)化光纖的位置?x?以最小化插入損耗

3D?優(yōu)化最佳?FOM?如下圖所示：

步驟3：S?參數(shù)提?。哼\行?S?參數(shù)掃描并將結(jié)果導(dǎo)出到數(shù)據(jù)文件

獲得的?s?參數(shù)光譜表明在目標(biāo)波長處的功率耦合效率約為?40%，如下圖所示：

步驟4：緊湊模型創(chuàng)建：將?S?參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Interconnect

在?INTERCONNECT?中測量的功率傳輸與步驟?3?中獲得的?s?參數(shù)功率傳輸相同。