弯曲波导结构设计
弯曲光波导端面修饰的设计方法
分析 表 明， 与传 统 的弯 曲的光 波 导设计 相 比， 种设 计 方 法可 以有 效地 减 小 导 波 的模 式 泄 漏 ， 该 从
（． １丁 ５ｔ ｅｅ ｒｈＩ ｓ ｔｔ ｏ ｈｎ ｌ ｔ ｎｃＴｅｈ ｏｏｙ Ｇ ｏ ｐ ｈＲ ｓａ ｃ ｎｔ ｕｅ ｆ Ｃ ｉａ Ｅ ｅ ｒ ｉ ５ ｉ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌ ｒｕ ｇ
Ｃ ｒ ｏ ａ ｉｎ，Ｎａ ｊｎ ｏｐ ｒ ｔ ｏ ｎ ｉ ｇ，２ ０ １ ，ＣＨ Ｎ ； １０ ６
、 ． ｇ－
弯 曲光波 导端 面修 饰的设计方法
王 乔 ，张 彤
（． １ 中国电子科技 集团公司第五十五研究所 ， 南京 ， １０ ６ ． 南大学电子科学 与工程学 院， ２ ０ １ ；２东 南京 ，１ ０ ６ ２０９ ）
摘 要 ：光 波 导 的弯 曲损耗 一直 是 集 成 光 学 中一个 值 得 人 们 重视 的 问题 ， 有效 地 减 小光 为 波导弯 曲损耗 ， 曲光 波导 的设 计成 为 集成 光 学波 导设 计 中 的一个 重 要 内容 。 文在 弯 曲光 波 导 弯 本
ｃ ｏｓ ｅ ｔｏ ｒ ｓ ｓ ｃ ｉ ｎ；ｉ ｅ ｒ ｔ ｄ ｏｐ ｉ ｓ ｎｔ ｇ ａ ｅ ｔｃ
收 稿 日期 ： ０ ７ ０ — ４ ２ ０—５ １
作者简介 ： 王 ￣ （ ９ ２ ）女 ， 程 师 。 主 要从 事 应 用 电视 技 术 、 电技 术 的 研 究 工 作 。 （ — ｉ ｗｑ ｏ ０ ２ ￣ １ ７－ ， 工 光 Ｅ ｍａｌ ｉ ２ ０ ． ａ
浅析波导管弯曲成形与发展趋势
浅析波导管弯曲成形与发展趋势波导管产品历来以精度要求⾼在通信领域著称，⽽随着通信领域的蓬勃发展，波导管的使⽤范围越来越⼴泛。
早期我国的波导管产品⼤多采⽤⼿⼯⽅式进⾏加⼯，容易出现废品率⾼、效率低下、性能稳定性低等问题。
本⽂主要通过对⼀种E向H向组合波导管的研究，阐述波导管加⼯的难点、在通信领域⼤规模发展的重要作⽤、⽣产⼯艺对产品性能的影响以及⽣产设备的技术更新。
波导管是通信产品中最常⽤的零件之⼀，其加⼯质量对整个系统的性能⾄关重要，加⼯⽅法也是多种多样。
早期我国军⽅的波导管产品加⼯⽅法⼤多采⽤热成形⼯艺，通过⼈⼯进⾏打磨处理，且研制任务多与⽣产数量少，造成⽆法进⾏⼤批量⾼质量的批产任务。
这些⼯艺⽅法只能⽤于⼀些⽐较规则的、形状简单的波导，对于E向折波导管、H向折波导管、E向H向组合波导、脊波导等结构复杂，造型多变的波导管就显得⽆能为⼒了。
这些复杂加⼯件均为通信设备中关键和重要部件，都有较⾼的精度要求，加⼯难度⼤。
波导管加⼯的成败，精度的⾼低对通信设备整体性能是⾄关重要的，只有通过当代先进的数控加⼯技术和设备才能解决和满⾜如此复杂构件的通信设备的加⼯。
在⼤批量⽣产中，为了保证波导管产品的⾼合格率、⾼稳定性、抗⼲扰能⼒，需要对波导管产品在设计阶段、仿真分析阶段、试制阶段、电磁性能测试阶段进⾏详细的研究与分析。
要保证产品的性能，就需要提⾼加⼯设备与加⼯⼯艺，使之符合波导管产品⼤批量⽣产的需求。
通过现代钣⾦加⼯技术与数控系统的技术更新迭代发展，实现传统钣⾦加⼯技术往现代钣⾦加⼯技术的转变，形成坚实的⽣产通信设备的现代⾼新技术基础。
图1 E向、H向波导管结构⼯程图图2 E向、H向波导管电磁性能仿真图波导管弯曲加⼯难点在波导管使⽤过程中，内腔表⾯中的精度、光洁度，直接影响着通信设备的整体性能。
⽽且，在波导管弯曲成形的过程中，容易出现横截⾯的形状与壁厚变化，容易变扁和起皱，从⽽出现内压变宽，外拉变薄的情况。
通过加⼯设备制造的波导管产品除了内腔的要求，还有各种尺⼨精度的要求：其中有横截⾯的矩形度、侧边的垂直度偏差需控制在3×10-4弧度内、横截⾯尺⼨偏差需保持在波导⼝径的-0.1倍之间、弯曲的弧度、扭转的⾓度与波导衰减值，这些要求都是波导管产品要实现⾼精度、⾼稳定性必须保证的指标。
同轴转弯波导的设计与实验研究
导 的 ９。 ０转弯 ； 由两 个 同轴 转 弯 波 导 可 以 实 现 １ ０ 的 同轴 波 导 ８。
转 弯 。在 ９ 。 Ｏ同轴 波 导转 换 结构 中 ， 由于 同轴 波 导 输 入 的 ＴＥ Ｍ
模将 形成 高 阶模 式 ， 了使输 出 口同轴 波 导为 ＴＥ 模 式 ， 要 为 Ｍ 需
有 实 际意 义 。为 了实现 同轴 波 导 的转 弯 ， 以采 用 同轴一 形 波 导转 换 ＿ 接 矩 形一 可 矩 １ 同轴 波 导 转 换 的方 式 实 现 １ ０ 同轴 波 导转 弯 ， 这种 方 法结 构稍 复 杂 且体 积 较 大 ； ８。 但 另外 ， 用 同轴 波 导 以 一定 曲率 半 径转 弯 的方 法Ⅲ ］ 采 ３ ，
线相 比 ， 更进一 步 的要 求 是能 够承 受 高功率 。因而 ， 高 功率 微 波 的馈 线 系统 中 ， 采 用 功 率容 量 较 高 的波 导 在 常 元件 ， 并且 在 波导 内部 避 免使用 介 质 。 同轴 波 导是 一种 常 用 的微 波元件 ， 泛应 用 于高 功率微 波 系统 中 。在高 广 功率 微波 的传 输 过程 中 ， 经常需 要 将波 导沿 轴 向转 弯 ， 而设 计 一 种适 用 于高 功 率 条 件下 的 同轴 转 弯波 导 ， 因 具
中 图 分 类 号 ： ＴＮ８ ｌ Ｔ １ ｌ ； Ｎ８ ４ 文献标 志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｐ ２ １ ２ ０ ． ０ ５ ｏ：０ ３ ８ ／ Ｌ Ｂ ０ ０ ２ ５ １ ８
随着 高功 率 微波 的发 展 ， 高功 率微 波传 输 技术 日益受 到人 们 的重 视 。适 用 于 高功 率 微 波 的馈 线 与 一般 馈
了实 验研 究 。
１ 基 本 原 理
具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计
式 中－ ｐ和 分别 表 示半 径和 角度 。式 （ ） 明 了弯 曲 同轴 波 导正 交 曲线 １表
坐标 系 中微 分线 元 和坐标 微分 之 间 的变 换关 系［ 。在 如 图 １所示 的弯 曲 ４ ］
同轴波 导 中 ， 同轴 Ｔ Ｍ 波赫 兹 函数 表 达 式 为 （ Ｅ “和 ｂ表 示 弯 曲 同轴 波 导 的外半 径 和 内半 径 ）
３ ７ Ｈｚ ＴＥ ． ５Ｇ 处 模 单 模 传 输 效 率 超 过 了 ９ ． ， 模 传 输 效 率 超 过 ９ 的 工作 带 宽 分别 为 ０ ６ ～ Ｏ ８ ，．０ ９５ 单 Ｏ ． Ｏ ．３ １１
－
２４ ． ２和 ３ １ ～ ４ １ ． ０ ． ６ＧＨｚ 。该 结 构 的 功 率 容 量 在 各 频 段 均 达 到 了 Ｇｗ 量 级 。 关 键 词 ： 高功 率 微 波 ； 弯 曲 同轴 波 导 ； 模 式 耦 合 理 论 ； 传 输 线 ； 多 同轴 结 构
第 ２ ３卷第 １ １期
２１ ０ １年 １ １月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＩＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ Ｉ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ＿ ３ ｌ ２ ，ＮＯ １ ．１
Ｎｏ ｖ．，２ １ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ —３２ ２ １ ）１３ ２—４ ０ １４ ２ （ ０ １ １－ １７０
化 ， 实际应 用 中具 有重 要 的价值 。由于高 功率 微波 源产 生 的微 波 信号 需 要经 过 一定 的馈线 系 统才 能 传输 到 在
馈 源 喇叭 ， 实现 辐射 ， 在传 输过 程 中往往 需 要一 段或 数段 弯 曲波导 。由模 式耦 合理 论可 知 ］ 当波导轴 线 弯 曲 ， 时 ， 内部传 输 的微 波模 式会 部分 或全 部转 换成 其它 模式 ， 而影 响到馈 线结 构 的设计 。虽然 现有 的弯 曲圆波 其 从 导 或 弯 曲矩 形 波导 可有 效实 现单模 传输 ＿ ］但 这些 器 件多 工 作 于单 频段 ， ７ ， 因此 需要 对 满 足一 定 功率 容 量 要求 的多 波段 弯 曲传输线 进 行理论 研 究 和实 验 验证 。本 文基 于模 式 耦合 理论 ， 理 论 推 导 出弯 曲 同轴 波导 Ｔ Ｍ 在 Ｅ 模 和 高 阶模 之 间耦合 系 数显 式表 达 的基础 上 ， 道 了可传 输 同轴 ＴＥ 报 模 的弯 曲同轴波 导 的设 计方 法 和计 算结 果， 并进 行 了具 有多 同轴 结构 弯 曲波导 的实 例设 计 。
低损耗高带宽金属光子晶体弯波导的设计
摘 要： 计 了一种采 用金属材 料 的二维光 子 晶体 波导。针对 金属 的色散特 性， 设 运用 时
域有 限差分方 法对 ３ 二维结构 的 ９ 。 种 ０ 转弯波导 的 Ｔ 波传播 特性进行 了研 究。给 出了 Ｍ 在 合适 的填充 率 下，转 弯效 率随周 期变化 的 曲线 。最后对 其 中较优 的一种 结构 作 了进
Ｄ ｅ ｉ ｎ ｏ ｗ－ｏ ｓ ａ ｄ ｉ － ｎｄ Ｍ ｅ ａ ｌｃ Ｐｈｏ ｏ ｃ ｓ ｇ ｆ Ｌｏ － ｓ ｎ Ｗ ｄｅ－ ｌ ｂａ ｔ ｌｉ ｔ ｎｉ
Ｃｒ ｔ ｌＢｅ ａ ｅ ｕｉ ｓ ｙｓ ａ ｎｄ Ｗ ｖ ｇ ｄｅ
Ｙ ＡＮＧ Ｂ ，， Ｉ ｏ Ｌ ＡＮＧ Ｊ ｎ — ｉ ， Ｉ ｉ ｇ ｑ ｕ Ｌ ＡＮＧ Ｚ ｏ ｇ ｚ ｕ １ ＣＵＩ ａ— ｉ １ ＨＯＵ Ｊａ — ｅ １ Ｗ ＡＮＧ Ｗ ｅ． ｉｏ ｈ ｎ －ｈ ， ｉ ２ Ｎ ｄ １ Ｚ ｉｎｗ ｉ ， ２ ｉ ａ ｂ
ｐｅ ｉ ｄ ａ ｎ ａ ｐ ｏ ｉ ｔ ｌ ｎ ａ ｔ ｒ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ． Ｆｉ ａ ｌ ，ｔ ｅ ｂ ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｍ ｏ ｇ ｔ ｅ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｓ ｉ ｒｏ ｔ ａ ｐ ｒ ｐｒａ ｅ ｆ ｌ ｇ ｆ ｃ ｏ ｒ ｉ ｅ ｉ ｉ ｎ ｌ ｙ ｈ ｅｔ ｓｒ ｃ ｕ ｅａ ｎ ｈ ｖ ｇ ｉｅ ｓ
Ｃｈｉ ｓ ｃ ｄ ｍｙ ｆＳｃｅ ｃ ｓ ｎｅ ｅ Ａ ａ ｅ ｏ ｉ ｎ ｅ ，Ｃｈａ ｇ ｈｕ １ ０ ３ ，Ｃｈ ｎ ； ｎ ｃ ｎ ３０３ ｉ ａ
２ Ｇ ａ ｕｔ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｅＣ ｉｅｅ ｃｄｍ ｆ ｃ ｎｅ， ｅｉｇ １０３， ｈｎ Ｊ ． ｒｄ ａｅ ｎｖ ｓｙｏ ｔ ｈｎｓ ａ ｅ ｙｏ ｉ ｃｓＢ ｑｎ ００９ Ｃ ｉａ ｅ ｉ ｆｈ Ａ Ｓｅ
波导旋转关节 结构
波导旋转关节结构
波导旋转关节是一种常用于机械工程中的旋转连接件。
它由波导管和旋转部分组成，可以实现波导管在不同方向上的旋转运动。
波导旋转关节的结构设计十分重要，需要考虑其稳定性、承载能力和耐用性。
波导管是波导旋转关节的主体部分，它由金属材料制成，具有良好的导电性能和机械强度。
波导管的内部通道可以传输电磁波信号，而外部的管壁可以承受一定的外部载荷。
为了增强波导管的刚性和稳定性，一般会选择较厚的金属壁厚度。
旋转部分是波导旋转关节的关键组成部分，它允许波导管在不同平面上旋转。
常见的旋转部分设计包括球形关节、铰链、滚针轴承等。
这些设计可以有效减小波导管的转动摩擦力，并提供良好的旋转灵活性。
在波导旋转关节的结构设计中，还需要考虑密封性能。
由于波导管内部需要传输电磁波信号，因此尽可能减小波导管与旋转部分之间的间隙是必要的。
采用合适的密封材料和密封设计可以防止外部杂质进入波导管，确保其正常工作。
此外，波导旋转关节还需要考虑其安装和维护的便利性。
合理的结构设计应尽量简化拆卸和维修过程，方便使用者进行操作和维护。
这样可以节约时间和成本，并提高工作效率。
总之，波导旋转关节的结构设计是十分关键的，它直接影响到旋转关节的性能和使用寿命。
合理选择材料、优化结构、提高密封性能和便利性是保证波导旋转关节正常运行的重要因素。
通过不断的研究和改进，可以提高波导旋转关节的稳定性和可靠性，满足不同领域的应用需求。
lumerical 弯曲波导侧壁带角度
文章标题：深度解析Lumerical中弯曲波导侧壁带角度对光传输的影响一、背景介绍在光通信和光电子器件中，波导是一种常见的光传输和耦合结构。
而在实际应用中，波导的侧壁形状对光的传输和性能有着重要影响。
Lumerical是一款广泛应用于光电子器件设计和仿真的软件，可以对波导进行精确的模拟和分析。
二、波导侧壁带角度的影响1. 光传输损耗波导侧壁的带角度会直接影响光的传输损耗。
一般而言，带角度越小，光的传输损耗就会越小。
而在Lumerical中，我们可以通过改变波导侧壁的带角度，来模拟和分析光的传输损耗随之的变化。
2. 光的传输模式对于波导侧壁带有角度的情况，在Lumerical中可以模拟出不同的光的传输模式。
通过调整带角度，我们可以观察不同传输模式下光的传输特性，包括模式的分布和传输效率等。
3. 光的耦合和泄漏波导侧壁带角度的变化也会影响光的耦合和泄漏情况。
在Lumerical中可以对不同带角度下的光耦合效果进行模拟，观察光在波导之间的耦合效率和泄漏情况。
三、深度分析与探讨在模拟中我们可以发现，波导侧壁带角度对光的传输性能有着明显的影响。
随着带角度的变化，光的传输损耗、传输模式和耦合效果都会发生较大变化。
通过深入分析和模拟可以更好地理解这些影响，为实际器件的设计和优化提供指导。
四、结论与展望通过Lumerical对波导侧壁带角度进行模拟和分析，可以得到对光传输的深入理解。
进一步的研究可以结合实际器件设计，优化波导的侧壁结构，以达到更低的传输损耗和更高的耦合效率。
我们也需要进一步探索其他因素对光传输的影响，为光电子器件的性能提升提供更多的可能性。
个人观点与理解在进行Lumerical模拟分析时，波导侧壁带角度的影响必须充分考虑。
通过对其进行深入的了解和分析，可以更好地指导实际器件的设计和优化。
这也是对Lumerical软件强大功能的充分展示，它能够帮助我们在光电子器件领域进行精确而全面的研究与开发。
在文章的撰写过程中，我对lumerical中波导侧壁带角度的影响进行了全面评估和深入分析，希望能够帮助你更好地理解这一主题。
欧拉弯曲波导rmax和rmin公式
欧拉弯曲波导rmax和rmin公式
欧拉弯曲波导是一种常见的导线结构，常用于电磁波的传输和导引。
在设计欧拉弯曲波导时，我们需要考虑其最大曲率半径(rmax)和最小曲率半径(rmin)公式的计算。
曲率半径是用于描述欧拉弯曲波导曲线形状的参数。
最大曲率半径(rmax)表示波导的最大弯曲处的曲率半径，而最小曲率半径(rmin)则表示波导的最小弯曲处的曲率半径。
计算欧拉弯曲波导的最大曲率半径(rmax)和最小曲率半径(rmin)公式如下：
1. 最大曲率半径(rmax)公式：
rmax = 2 * h * (1 + V) / ν
其中，h表示波导的高度，V表示波导的速度系数，ν表示波导的电压。
2. 最小曲率半径(rmin)公式：
rmin = h / (2 * sin(θ))
其中，θ表示波导的弯曲角度。
当我们知道波导的高度、速度系数和电压时，可以通过最大曲率半径公式计算出欧拉弯曲波导的最大曲率半径(rmax)。
而最小曲率半径公式则可以帮助我们计算欧拉弯曲波导的最小曲率半径(rmin)。
通过准确计算欧拉弯曲波导的最大曲率半径和最小曲率半径，我们可以更好地设计和优化波导结构，以满足不同的电磁波传输需求。
这些参数的计算公式是设计师在进行欧拉弯曲波导设计时的重要工具。
过模同轴转弯波导的设计
部分 产生 变 化 。 因此 ， 当 同轴 波 导 满 足单 模 传 输 条 件 时 ，
转弯 后其 模式 纯度 仍 可 保 证 ； 但 对 于 过模 同 轴 波 导 而 言 ，
若不 对弯 曲处 的模 式加 以限制 ， 输 出 同轴 波导 中就 必 然会
存在 高 阶模式 。为 了抑 制 高 阶模 式 的产 生 ， 提 高 基模 传 输
第 ２ ６ 卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ１ ． ２ ６，ＮＯ ．１
Ｊ ａ ｎ ． ，２ ０ １ ４
过模 同轴 转 弯 波导 的设 计
张健穹， 刘庆想， 李相强， 王邦继
效率 ， 本 文基 于 模 式 变 换 方 式来 实 现 过模 同 轴 波 导 Ｔ Ｅ Ｍ
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｏ ｖ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｄ ｂ ｅ ｎｄ ｃ ｏ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｗａ ｖ ｅ ｇｕ ｉ ｄ ｅ
出 的一 种 高功率 同轴 转弯 波导 ， 可实 现无 介质 支撑 且转 弯 半径 较小 ， 但 该 转 弯波 导 只能 工 作 于单 模 条 件 下 ， 且
内部结 构较 复杂 ， 限制 了其 功 率容量 ； 另外 ， 采 用 该 同轴 转 弯 波 导 的转 换 方 式 只 能实 现 ９ ０ 。 的转 弯 。基 于 上 述 背景 ， 本文 研究 了一 种新 型 的过模 同轴转 弯波 导 ， 整个 转 弯波 导 内部 无介 质 支撑 ， 且 转 弯 半 径小 ， 结构简单 ， 转 弯角 度灵 活 ， 适 用于 高功 率微 波馈线 系 统 中的过模 同轴 波导 基模 的转 弯传 输 。
弯曲波导结构设计
实验三：弯曲波导结构设计一、实验目的：1、掌握弯曲波导的结构、工作原理2、了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术 二、实验原理：在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上，附着上折射率比衬底略高、厚度可以与光波长相比较的薄膜，光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波导。
在二维光波导的情况下，只有沿厚度方向对光是封闭的，因此波导中的光可以沿表面自由传播。
这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。
但是，实际上利用光波导组成光调制器和光开关的时候，光沿表面方向也必须是封闭的，光波的分路、弯曲、耦合等也必须都能够控制，这就是三维光波导。
作为变换光路用的三维光波导器件，弯曲波导占据重要地位。
其中，弯曲半径R 越小，传输距离越短，越容易产生光路变换。
但是弯曲波导的损耗随着弯曲半径R 的减小而增加。
图1表示弯曲部分的导模场分布。
在弯曲波导中，为了使光波在传输过程中，其波面不被破坏，弯曲部分外侧波导光的相速度必须大于内侧波导光的相速度。
因此，在弯曲外侧所看到的光波中，在c r r ≥部分的相速度会超过光速。
这就意味着在c r r ≥部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。
当设计弯曲波导时，正确评估这部分辐射损耗至关重要。
假定在弯曲部分伴随着辐射而造成的波导光衰减常数为a ，在1<<aR 的场合下，可以得出)32exp()2()()2exp(223202222R W k n NW k a s s s s y s βγγβγγ-∙+-≈图1 弯曲波导的导模场分布再者，由图1可知，弯曲部分导模场分布偏向拐弯的外侧，该现象被称之为边缘模，这种场分布现象与波导的直线部分的场分布是不同的。
由此而产生了弯曲部分入口处的场分布不匹配，入射光的部分功率辐射进衬底，这种损耗叫做模变换损耗，它与辐射损耗一起构成了决定弯曲波导损耗的主要原因。
三、实验内容：利用OptiBPM6.0设计一个弯曲波导并观察并分析相关结果。
四、实验方法：1、创建材料库：材料库参数：Materials－Dielectric1：Name: cladding2D Isotropic Refractive ：1.4423D Isotropic Refractive ：1.442Name: guide2D Isotropic Refractive ：1.453D Isotropic Refractive ：1.45Profiles－Channel：Name: channel2D Profile definition material: guide晶体参数：Profile：channelWafer Dimensions参数：Length: 800Width:502D Wafer Properties参数：Material：cladding2．添加波导和输入平面：（1）波导参数如下表：波导名称Start offset End offsetWidthWaveguideradius Horizontal V ertical Horizontal V erticalArcwaveguide0 -10 800 -8 4 4000（2）添加输入平面（3）输入面的参数中将Z position的值设置为2.0000。
弯曲波导研究进展及其应用
目前，在集成光学中制备器件所用材料有不 同的体系，主要有 ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）［９］、ＩｎＰ ［１０］、ＳｉＯ２［１１］、聚合物［１２］等。这些 材 料 各 具 特 色， 制备的器件各具优势。基于 ＩｎＰ材料的集成光学 器件，具有折射率差值大，器件尺寸小、易实现有 源器件和无源器件的集成的优势，但是由于其波 导侧壁损耗比较大并且晶圆成本较高不利于大规 模制备；基于 ＳｉＯ２的集成光学器件，具有传输损 耗小，和光纤模式匹配好的优点，但是其与空气折 射率差较小不利于制备弯曲波导，并且不能用于 制 备 有 源 器 件，限 制 了 其 在 光 学 集 成 中 的 发 展。 基于聚合物的集成光学器件，具有低损耗、双折射 率小、色散小、高热光系数等优点，但是其易老化 不利于集成光学器件的稳定性。
收稿日期：２０１６１０１２；修订日期：２０１６１１１４ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６１２３４００４，Ｎｏ．１１４０４３２７，Ｎｏ．６１３０６０８６，Ｎｏ．１１４０４３２７）；国家科技重大
专项资 助 项 目 （Ｎｏ．２０１４ＺＸ０４００１１５１）；吉 林 省 科 技 发 展 计 划 资 助 项 目 （Ｎｏ．２０１５０２０３００７ＧＸ，Ｎｏ． ２０１４０１０１１７２ＪＣ，Ｎｏ．２０１４０５２０１３２ＪＨ）；长春市重大科技攻关计划资助项目（Ｎｏ．１４ＫＧ００６）；长春市科技局 计划资助项目（Ｎｏ．１５ＳＳ０２） ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．６１２３４００４，Ｎｏ．１１４０４３２７，Ｎｏ．６１３０６０８６，Ｎｏ． １１４０４３２７）；ＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｊｏｒＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１４ＺＸ０４００１１５１）；ＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｌａｎＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１５０２０３００７ＧＸ，Ｎｏ．２０１４０１０１１７２ＪＣ，Ｎｏ． ２０１４０５２０１３２ＪＨ）；ＣｈａｎｇｃｈｕｎＣｉｔｙＭａｊｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．１４ＫＧ００６）；ＣｈａｎｇｃｈｕｎＳｃｉ ｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｕｒｅａｕＰｒｏｊｅｃｔ（Ｎｏ．１５ＳＳ０２）
fdtd 耦合直波导弯曲波导
fdtd 耦合直波导弯曲波导
FDTD（Finite-Difference Time-Domain）是一种电磁场数值计算方法，常用于模拟电磁波在复杂结构中的传播和辐射。
直波导和弯曲波导的耦合问题可以通过FDTD方法进行求解。
在FDTD方法中，将空间划分为网格，在每个时间步长和空间位置上更新电磁场的数值。
对于直波导，可以在网格中定义适当的介质属性和边界条件，通过FDTD方法模拟电磁波在直波导中的传播。
对于弯曲波导的耦合问题，可以将直波导和弯曲波导分别进行建模，然后通过适当的耦合边界条件或相应的耦合元件进行模拟。
具体步骤包括：
1. 网格划分：将直波导和弯曲波导区域进行网格划分，可以根据需要选择不同的网格尺寸和密度。
2. 边界条件：设置适当的边界条件，如吸收边界条件或周期性边界条件，以确保电磁波在边界处的正确反射和透射。
3. 材料参数：对于直波导和弯曲波导中的介质，设置相应的材料参数，如介电常数和导电率。
4. 激励源：在适当的位置设置激励源，可以是电场源或磁场源，用于激发电磁波。
5. 时间步进：按照FDTD方法的更新公式，在每个时间步长和空间位置上更新电磁场的数值。
6. 耦合处理：对于直波导和弯曲波导的耦合问题，可以通过耦合边界条件或耦合元件进行模拟，将两者之间的电磁能量传递和耦合
考虑进去。
7. 结果分析：根据模拟结果进行电磁场分析，如电场分布、传输特性等。
需要注意的是，FDTD方法是一种数值方法，模拟结果受到网格尺寸、时间步长、边界条件等参数的影响。
在实际应用中，需要根据具体情况进行参数选择和验证，以获得准确的模拟结果。
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实验三：弯曲波导结构设计
一、实验目的：
1、掌握弯曲波导的结构、工作原理
2、了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术 二、实验原理：
在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上，附着上折射率比衬底略高、厚度可以与光波长相比较的薄膜，光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波导。
在二维光波导的情况下，只有沿厚度方向对光是封闭的，因此波导中的光可以沿表面自由传播。
这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。
但是，实际上利用光波导组成光调制器和光开关的时候，光沿表面方向也必须是封闭的，光波的分路、弯曲、耦合等也必须都能够控制，这就是三维光波导。
作为变换光路用的三维光波导器件，弯曲波导占据重要地位。
其中，弯曲半径R 越小，传输距离越短，越容易产生光路变换。
但是弯曲波导的损耗随着弯曲半径R 的减小而增加。
图1表示弯曲部分的导模场分布。
在弯曲波导中，为了使光波在传输过程中，其波面不被破坏，弯曲部分外侧波导光的相速度必须大于内侧波导光的相速度。
因此，在弯曲外侧所看到的光波中，在c r r ≥部分的相速度会超过光速。
这就意味着在c r r ≥部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。
当设计弯曲波导时，正确评估这部分辐射损耗至关重要。
假定在弯曲部分伴随着辐射而造成的波导光衰减常数为a ，在1<<aR 的场合下，可以得出
)32exp()
2()()2exp(22
320
22
2
2
R W k n N
W k a s s s s y s β
γγβγγ-
∙+-≈
图1 弯曲波导的导模场分布
再者，由图1可知，弯曲部分导模场分布偏向拐弯的外侧，该现象被称之为边缘模，这种场分布现象与波导的直线部分的场分布是不同的。
由此而产生了弯曲部分入口处的场分布不匹配，入射光的部分功率辐射进衬底，这种损耗叫做模变换损耗，它与辐射损耗一起构成了决定弯曲波导损耗的主要原因。
三、实验内容：
利用OptiBPM6.0设计一个弯曲波导并观察并分析相关结果。
四、实验方法：
1、创建材料库：
材料库参数：
Materials－Dielectric1：
Name: cladding
2D Isotropic Refractive ：1.442
3D Isotropic Refractive ：1.442
Name: guide
2D Isotropic Refractive ：1.45
3D Isotropic Refractive ：1.45
Profiles－Channel：
Name: channel
2D Profile definition material: guide
晶体参数：
Profile：channel
Wafer Dimensions参数：Length: 800
Width:50
2D Wafer Properties参数：Material：cladding
2．添加波导和输入平面：（1）波导参数如下表：
波导名称
Start offset End offset
Width
Waveguide
radius Horizontal V ertical Horizontal V ertical
Arc
waveguide
0 -10 800 -8 4 4000
（2）添加输入平面
（3）输入面的参数中将Z position的值设置为2.0000。
3、仿真并观察仿真结果。
4、设计原程序
SIMULA TION PARAMETERS
Simulation Type: 2D
Starting Field:
Type: Modal
Z Position: 2.000000
Label: InputPlane1
Wavelength (祄): 1.550000
Global Reference Index:
Type: Modal
V alue: (1.44635996937882, 0.00000000000000)
User Interface Configuration:
Number of Displays: 100
Simulation Technique: Simulate As Is
2D PARAMETERS
Polarization: TE
Mesh:
Number of points/祄: 9.9800
Number of points: 500
BPM Solver: Paraxial
Engine: Finite Difference
Scheme Parameter: 0.5000
Propagation Step: 1.5500
Wafer Width (祄): 50.0000
Boundary Condition: PML
Layers: 6
Theoretical Reflection Coefficient:1.0000e-006
Non-Linear BPM:
Using Non-Linear Simulation: FALSE。