定向耦合器耦合长度与波导结构的关系1

1.48
1.5
1.52
1.54
1.56
波 导 间 介 质 的 折 射 率 n5
实线：波导长宽 a =4µm, b =3µm，波导间距 d =2µm；
虚线：波导长宽 a =5µm, b =4µm，波导间距 d =2µm 图 6 耦合长度 Lc 与波导间介质折射率 n5 的关系
0 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 光 波 长 (um)
合长度是呈指数递减的. 因此，对于传输不同的光波长，耦合长度的变化是很大的，所以选取其它的结构
参数时，包括波导折射率、介质折射率、波导尺寸和波导间距等，注意使方向耦合器达到合适的耦合长度.
10
7
耦 合 长 度 lc(mm) 耦 合 长 度 lc(mm)
6 8
5 6
4 4
3
2 2
0
1
-2
1.44
1.46
(下转第 80 页)
59
第 30 卷第 11 期
襄樊学院学报
2009 年第 11 期
展，人们的生活水平日益提高，人们的空闲时间越来越多，体育作为人民生活质量的重要指标，将以一种
和谐、协调、以人为本的新的价值观念存在，而这也正是中国体育的发展方向.
参考文献：
[1] 汪田霖, 吴 忠. 全球化与文化价值观[J]. 学术研究, 2002(1): 1-11． [2] 曲建贵. 学习和坚持马克思主义的价值观[J]. 求实, 2005(1): 3-4. [3] 岳长志. 圣球之缘——淄博临淄被确认为世界足球起源地两周年巡礼[J]. 体育文化导刊, 2006(9): 15-18. [4] 王俊奇. 蹴鞠衰亡历史原因再研究[J]. 体育文化导刊, 2008(9): 124-125. [5] 陈 昕. 消费文化: 鲍德里亚如是说[J]. 读书, 1999(8): 149-154. [6] 冯承柏. 西方文化精义[M]. 武汉: 华中理工大学出版社, 1998: 4-5. [7] 程耀明. 构建和谐社会塑造理性个体[J]. 思想政治工作研究, 2005(4): 17-18. [8] 李 涛. 对竞技体育与全民健身在学校体育中协调发展的探讨[J]. 成都体育学院学报, 2002(2): 60-62.
介 质 折 射 率 n4
0
1.44
1.46
1.48
1.5
1.52
1.54
1.56
介质折射率n3
实线：波导长宽 a =4µm , b =3µm，波导间距 d =4µm；
实线：波导长宽 a =4µm, b =2µm，波导间距 d =3µm；
虚线：波导长宽 a =4µm, b =1µm，波导间距 d =4µm 图 4 耦合长度 Lc 与介质折射率 n2、n4 的关系 2.4 耦合长度与两波导间介质折射率的关系
图 2 耦合长度 Lc 与波导间距 d 呈指数增长关系
图 3 耦合长度 Lc 与波导折射率 n1 的关系
2.3 耦合长度与介质折射率的关系
设波导的折射率为 1.515，介质折射率为 1.5，传输的光波长 λ=1.31µm，则对于确定的波导结构，耦
合长度 Lc 与介质折射率 n2、n4 的关系如图 4 所示，与介质折射率 n3 的关系如图 5 所示.
虚线：波导长宽 a =5µm, b =3µm，波导间距 d =3µm 图 5 耦合长度 Lc 与折射率 n3 的关系
设波导的折射率为 1.515，介质折射率为 1.5，传输的光波长 λ=1.31µm，则对于确定的波导结构，耦合长度
Lc 与两波导间介质折射率 n5 的关系如图 6 所示. 随着波导间的折射率增大，耦合长度是呈指数递减的. 由于方
2009 年 11 月 第 30 卷第 11 期
襄樊学院学报 Journal of Xiangfan University
定向耦合器耦合长度与波导结构的关系
Nov.,2009 Vol.30 No.11
朱素平
(襄樊学院 教育学院，湖北 襄樊 441053)
摘要：以图解方式阐明光通信开关(光波导型光开关)中定向耦合器的耦合长度与波导结构
kzs
=
kz0
⎡ ⎢1 + ⎣
2
kx20
k
2 z0
ξ5 a
exp(− d ξ5
1
+
k
ξ2 2
x0 5
)
⎤ ⎥ ⎦
(2)
同理，反相对称模式传播常数 kza 为
kza
=
kz0
⎡ ⎢1 − ⎣
2
k
2 x0
kz20
ξ5 a
exp(− d ξ5
1
+
k
ξ2 2
x0 5
)
⎤ ⎥ ⎦
(3)
收稿日期：2009-06-25 作者简介：朱素平(1959— ), 女, 湖北襄樊人, 襄樊学院物理与电子工程学院高级实验师.
Developing Strategy for China Sports: from the Perspective of Chinese and Western Cultural Values
GUO Chao-ting, ZHANG Yu-jun (PE Department, Southwest University, Chongqing 400715, China)
向耦合器的耦合区的长度要取耦合长度的奇数倍，若要减小光开关的几何尺寸，波导间的折射率选取不能太小.
2.5 耦合长度与光波长的关系
设波导的折射率为 1.515，波导周围介质折射率均为 1.5，则对于确定的波导结构，耦合长度 Lc 与传
输的光波长的关系如图 7 所示.
在光通信中，传输的几个光波长窗口主要在 0.85µm、1.31µm、1.55µm 附近. 随着光波长的增大，耦
实线：波导长宽 a =5µm, b =4µm，波导间距 d =3µm； 虚线：波导长宽 a =4µm, b =2µm，波导间距 d =3µm
图 7 耦合长度 Lc 与光波长的关系
3 结论
由于方向耦合器型电光开关是由一对靠得很近的条形光波导以及分布在条形光波导上的表面电极构 成. 通过注入电流改变波导臂的折射率，从而使两个相邻波导之间的能量耦合从实现传输通道的切换. 因 此，在设计调制方向耦合器的过程中，需要考虑耦合长度随波导折射率、介质折射率、波导尺寸、波导间 距等结构参数发生改变的变化关系，这些参数的变化对方向耦合器的工作效率及质量产生着较为敏感的影 响，尤其是方向耦合器对波长更为敏感，波导尺寸的精度决定耦合器是否产生严重串音现象等. 设计调制 过程中仔细地选择器件的长度，对波导尺寸的精度严格要求是重中之重的环节.
Key words: China sports; Chinese and western cultural values; PE values
(责任编辑：徐 杰)
(上接第 59 页) 参考文献：
[1] 叶培大, 吴彝尊. 光波导技术基本理论[M]. 北京: 人民邮电出版社, 1981. [2] 肖金标, 孙小菡. 基于 GaAs/GaAlAs 条形光波导定向耦合器分析[J]. 电子学报, 2002, 30(5): 705-707. [3] 秦秉坤, 孙雨南. 介质光波导及其应用[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 1991. [4] GOTOH H, KOSHIBA M. Finite element solution of electron waveguide discontinuities and its application to quantum field effect directional couplers[J].
第 30 卷第 11 期
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2009 年第 11 期
其中， ξ5
=
[(
π A5
1 )2 −
kx2 ]
.
式(2)、(3)表明，耦合光波导系统的正相和反相对称模式的传播常数仅与单根波导的传播常数略有不同.
由于耦合系统是由完全对称相等的两个波导构成的，因此有
K = kzs − kza
(4)
2
代入 ξ5 的表达式，耦合系数
n1 有一定的折射率差，不能够取相同或者非常相近的值.
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朱素平：定向耦合器耦合长度与波导结构的关系
2.16
4
2.14
3.5
耦 合 长 度 lc(mm) 耦合长度lc(mm)
2.12
3
2.5 2.1
2 2.08
1.5
2.06 1
2.04
0.5
2.02
1.44
1.46
1.48
1.5
1.52
1.54
1.56Fra Baidu bibliotek
——波导间距、波导折射率、介质折射率、两波导间介质折射率及光波长的关系.
关键词：耦合长度; 波导结构; 定向耦合器
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：1009-2854(2009)11-0057-03
光波导型光开关是光通信系统及光信号处理系统中的基本及关键器件. 本文讨论光波导型光开关中由 GaAs/GaAlAs条形光波导构成的定向耦合器的耦合长度与波导结构的关系.
1 定向耦合器的耦合长度与波导结构关系
两个对称的条形波导的耦合结构图如图1.
y
a
a
n2
d
n2
b
x
n3
n1
n5
n1
n3
n4
n4
图 1 条形光波导耦合结构截面
图 1 中耦合系统的 z 方向传播常数 kz 可表示为[1-3]
kz
=
(k12
− kx2
−
k
2 y
)
1 2
(1)
其中， ky
≈
[1 +
nπ
n22 A2 + n42 A4 n12π b
8
15
6
10
4
5
2
0
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
波 导 间 距 d(um)
实线：光波长 λ=0.85µm；虚线：光波长 λ=1.55µm
-5
1.44
1.46
1.48
1.5
1.52
1.54
1.56
波 导 折 射 率 n1
实线：波导长宽 a =5µm, b =4µm，波导间距 d =3µm；
虚线：波导长宽 a =4µm, b =2µm，波导间距 d =3µm
the western ones pursue personality, regarding PE as their highest spiritual realm. By comparison, it arrives at a
conclusion that Chinese PE will develop in a new way: more harmonious and people-oriented.
2 定向耦合器的耦合长度与波导结构仿真
2.1 耦合长度 Lc 与波导间距 d 的关系
图 2 是两个对称的条形波导的耦合结构截面图. 对其所示的耦合结构，设波导的结构尺寸分别为
a =4µm, b =3µm，波导折射率 n1=1.53，其它介质的折射率均为 1.5，则对于确定的光波长，耦合长度 Lc
与 波导间距 d 的关系如图 2 所示. 从图 2 可以看出，不管对于哪个光波长，耦合长度 Lc 都是随着波导间
]b
， kx
≈
[1 +
mπ A3 +
A5
]a
.
πa
a 、 b 为器件尺寸； n1、n2、n3、n4、n5 为各区折
射率； k1 、 A2 、 A3 、 A4 、 A5 为常数.
而对于单根条形波导，传播常数
kz0
为
kz0
=
(k12
−
kx20
−
k
2 y0
)
1 2
[4]，耦合系统的正相对称模式在
z
方向的
传播常数 kzs 可以表示为
Abstract: The Chinese cultural values are different from the western ones in politics, economy, religion and
geography. As a result, PE values are not the same. Chinese PE values are greatly affected by Confucianism, while
距 d 的变化而呈指数增长.
2.2 耦合长度与波导折射率的关系
设波导间介质的折射率均为 1.5，传输的光波长 λ=1.31µm，则对于确定的波导结构，耦合长度 Lc 与波
导折射率 n1 的关系如图 3 所示. 随着波导的折射率增大，耦合长度也是呈指数增长的.
14
30
12
25
10
20
耦 合 长 度 lc(mm) 耦合长度lc(mm)
k 改写为： K
=
2 π
A5k
2 x0
ak z 0
⎢⎣⎡1
−
(
k
x0 A5 π
)2
⎤1 ⎥⎦
2
exp
⎪⎧⎨− ⎪⎩
πd A5
⎢⎣⎡1
−
(
k
x0 A5 π
)2
⎤1 ⎥⎦
2
⎪⎫ ⎬ ⎭⎪
，而
L=π
1
， δ 为两波导传播常数差.
2 K2 +δ2
基于以上的分析与计算，得出了以下定向耦合器耦合长度与波导结构的关系.
随着介质折射率 n2 或 n4 的变化，可以看到耦合长度有一个极值. 极值点在 1.515 处，即介质折射率
n4 和波导折射率 n1 相同的时候.
随着介质折射率 n3 的变化，可以看到耦合长度的变化很剧烈，即耦合长度对介质折射率 n3 非常敏感.
并且曲线在 1.515 处出现了不连续，因此在方向耦合器中对于介质折射率 n3 的选取，应该和波导折射率