脊形波导损耗分析：微扰理论与表面散射

"脊形波导传输损耗理论分析" 在光学通信领域，脊形波导（Rib Waveguide）因其紧凑的尺寸和高效的传输特性被广泛应用于集成光学系统中，特别是与垂直腔面发射激光器（VCSEL）配合使用时。VCSELs在新一代计算机光互连中扮演着关键角色，其850纳米的波长对于多模操作具有优势。为了与这些激光器匹配，设计和制备的脊形波导需具备相近的截面尺寸。本研究中，研究人员成功制造了一种最小截面积为70微米×50微米，直线长度达到21厘米的聚硅氧烷脊形波导。 传输损耗是评估脊形波导性能的关键指标。通过对损耗机制的理论分析，研究发现脊形波导的吸收损耗在实际应用中可忽略不计，而主要的损耗来源是由于上下表面和侧面的粗糙度导致的表面散射损耗。这一结论是通过微扰理论得出的，微扰理论是一种用于处理小参数影响问题的方法，能有效地揭示复杂系统中的细微变化。 此外，研究团队还运用变分原理和有限元方法深入探讨了气泡、缺陷和杂质对光场分布的影响。这些非理想因素可能导致模式的改变和性能下降。通过计算，他们确定了当气泡、缺陷或杂质达到肉眼可辨的程度时，基模和1阶模将受到显著影响的具体量值。这为优化波导制造工艺提供了定量依据，有助于减少传输过程中的能量损失。 实验部分，研究人员采用了CCD摄像法来测量脊形波导的传输损耗。这种方法能够直观地捕捉和分析光信号在波导中的传播情况，实验结果与理论预测保持基本一致，验证了理论分析的准确性。这项工作的成果不仅加深了我们对脊形波导损耗机制的理解，也为提高光互连系统的整体性能提供了理论支持和实验依据。 关键词：集成光学、传输损耗、微扰法、表面散射 这篇论文详细探讨了脊形波导的传输损耗机理，通过理论分析和实验验证，强调了表面散射损耗的重要性，并提出了解决这一问题的策略。这对于提升光通信系统，尤其是与VCSELs结合的系统性能，具有重要的实践意义。