硅基波导介绍

硅基波导的简单介绍文章目录一、基本概念二、原理2.1 截止频率2.2 波导的模式三、硅基波导规格一、基本概念波导能够将电磁能量束缚在中空的金属管内传输从而显著降低传输过程中的损耗这与天线将能量直接辐射至整个自由空间的工作方式截然不同。波导中有一个关键概念称为截止频率。只有频率高于截止频率的电磁波才能在波导中有效传输而频率低于截止频率的电磁波则无法传播会迅速在波导中衰减殆尽。在硅基芯片中各类波导相互连接将无源器件与有源器件集成为一个功能完备的光学系统。二、原理2.1 截止频率波导的截止频率由横截面的尺寸决定成反比的关系其中a为方形波导的长边长度如图1所示。其中红箭头指的是波导硅蓝箭头指二氧化硅。由于硅基中主要采用的方形波导因此不考虑圆形波导的截止频率图1 硅基波导2.2 波导的模式波导的模式指的是光在波导中传播时其电磁场在横截面上的一种稳定分布形态。TE模横向电模式,纵向电场为0,x方向为行波z方向为驻波电场在传播方向是分量为零 ,所有的电场能量都在截面方向。(宽度大于高度)TM模横向磁模式纵向磁场为0就是磁场在传播方向分量为零所有的磁场能量都在截面方向。高度大于宽度中 i 和 j 分别表示波在长边a和短边b方向振荡了多少次电场在横截面上振荡了一次就是TE10在横截面上振荡了两次就是TE20磁场以此类推。简单理解中i代表电场在x方向横向的波节数。j代表电场在y 方向纵向的波节数。(TM同理如图2所示)。图2 电场分布(a)TE0, (b) TE10, (c)TM01三、硅基波导规格常用SOI:上硅层340nm中间二氧化硅层2µm以及上硅层220nm中间二氧化硅层3µm对于单模波导高度d220nm,宽度w450~550nm