优化设计的光子晶体波导1×2定向耦合分束器

"光子晶体波导定向耦合功分器的设计" 本文主要探讨了光子晶体波导定向耦合功分器（Directional Coupler Power Splitter）的设计方法，这是一种在集成光学领域的关键元件。光子晶体是具有周期性结构的材料，其特殊的光学性质使得它们成为构建微型光电子器件的理想选择。在该设计中，作者利用了二维正方晶格的光子晶体波导，将三个平行的单模波导视为一个多模干涉系统。 文章指出，通过研究光子晶体波导的多模干涉现象，特别是自成像效应（Self-imaging effect），可以优化设计出一种新型的1×2分束器。自成像效应是指在特定条件下，光波在经过耦合区域后形成周期性的图像，这种效应在这里被用来确定输出单模波导的位置。设计过程中，作者使用时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）对波导的传输特性进行模拟分析，以确保设计的准确性。 为了减少分束器的反射损耗，作者提出改变输出波导与耦合区连接的介质柱位置，构造出波导微腔结构。这种微腔能够调整耦合区的模场分布，实现模式匹配，从而提高器件性能。通过这种方式，可以在一定程度上控制光信号的传播路径和功率分配。 实验结果显示，当介质柱移动到与输出单模波导和多模波导连接处1.85个晶格常数（a）的位置时，对于波长为1.55微米的光，该分束器的透射率可以达到99.04%，显示出极高的效率。这一设计不仅适用于光通信、光信号处理等领域，也为未来更复杂的光子集成电路提供了新的设计思路。 关键词涵盖集成光学、光子晶体、功分器、自成像效应、多模干涉以及微腔等重要概念，展示了该研究在集成光电子学中的应用价值和理论基础。该文提供了一种创新的光子晶体波导定向耦合功分器设计方案，通过精确的计算和模拟，实现了高效率和低损耗的光信号分束，对光子学领域的发展具有积极的推动作用。