优化设计的集成光学TM/TE模分离器：理论与实验

"集成光学TM/TE模分离器的研制" 集成光学是现代光学技术中的一个重要领域，它涉及在微小尺度上对光波的引导、处理和控制。在这个研究中，作者专注于一种特殊类型的器件——TM/TE模分离器。模分离器的主要任务是在光信号传输过程中将不同模式的光波分离开来，这对于光通信、光信号处理和光子集成电路等应用至关重要。 TM（Transverse Magnetic）模和TE（Transverse Electric）模是电磁波在二维空间中传播的两种基本模式，它们的区别在于电场或磁场垂直于波导的传播方向。在集成光学系统中，这两种模式可能会混合，导致信号质量下降和传输效率降低。因此，设计一个有效的TM/TE模分离器可以提高系统的性能和稳定性。 文中提到的无间隙指向耦合器是一种常见的集成光学元件，它利用两个相邻光波导之间的相互作用来实现模式选择性耦合。通过对结构参数（如波导间距、宽度、长度等）的精细优化，研究人员能够调整这种耦合器的行为，使得TM模和TE模的耦合效率显著不同，从而实现高分离比。 光束传播方法（BPM）是一种数值模拟技术，用于计算光在复杂结构中的传播特性。在本研究中，BPM被用来分析无间隙指向耦合器的理论模型，预测其对TM模和TE模的分离效果。经过优化设计，理论上该模分离器可以实现TM模和TE模超过40 dB的分离比，这是一个非常高的指标，意味着在传输过程中两种模式的信号几乎不会互相干扰。 实验结果显示，实际制造的器件达到了28 dB的TM模分离比和25 dB的TE模分离比，虽然略低于理论值，但仍然显示出良好的分离性能。这种分离器可以广泛应用于需要模式纯度的光学系统，如光开关、光滤波器和光调制器等。 此外，文章还提到了关键词“polarizat”和“directio”，这可能是指模分离器在光偏振控制和光路定向中的应用。在光通信网络中，保持光信号的偏振状态对于保证数据传输的准确性和高速率至关重要。而模分离器在这里起到了关键作用，它可以确保特定偏振状态的光信号沿着预期的路径传输，减少由于模式混合引起的误码率。 这项工作展示了集成光学TM/TE模分离器的设计与实现，通过优化的无间隙指向耦合器结构，实现了高效分离TM模和TE模的目的。这一成果对于提升集成光电器件的性能和推动相关领域的技术发展具有重要意义。