[发明专利]高性能声光波导调制器设计方法

摘要

本发明涉及激光器件领域，具体讲涉及高性能声光波导调制器设计方法。为建立一套提高声光波导调制器速度、带宽和衍射效率的新理论，为实际设计声光波导器件提供指导和参考，本发明采用的技术方案是，首先，把三维光波导分为两个二维光波导来进行考虑，近似过程是将三维光波导按正交坐标系分解；其次，独立地分析锥形波导每个部分的各个模式的幅度以及相位；然后，利用声表面波衍射理论模型分析声光波导器件的带宽和衍射效率的关系；最后是光纤与波导器件的耦合分析方法。本发明主要应用于高性能声光波导调制器的设计。

主权项

1.一种高性能声光波导调制器设计方法，其特征是，首先，把三维光波导分为两个二维光波导来进行考虑，近似过程是将三维光波导按正交坐标系分解，dx方向即为垂直方向，dy方向即为水平方向，垂直于dx、dy方向为z轴，分为两个二维光波导中的一个是在dx方向、dy方向构成的平面上沿dx方向方向进行分析，另一个二维光波导是在dx方向、dy方向构成的平面上沿dy方向方向进行分析，最终得到三维波导中dy与dx的比值与导模的等效折射率Ni的关系表达式，设n_c是表示包层中的折射率，n_f是表示扩散后波导的折射率；n_s是表示衬底中的折射率；N_I是表示导模的等效折射率，dx是表示在x方向的位移，dy是表示在y方向的位移，则其中bI表示导模的归一化波导折射率，其表达式为：其中N_eff是表示波导整体的等效折射率，由此便可以确定光的单模传输区域，同时考虑到光纤与波导的耦合损耗，需要选择耦合损耗和辐射损耗效应最小的单模区域及光波导参数；其次，独立地分析锥形波导每个部分的各个模式的幅度以及相位：锥形波导的每小块的输出乘以一定的相位延迟，就等于下一个锥形波导小块的输入，以此类推，得到整个锥形波导的功率损耗，以对不同形状函数的锥形波导进行分析，获得损耗较低的波导结构；然后，利用声表面波衍射理论模型分析声光波导器件的带宽和衍射效率的关系：设xy平面是衬底表面，而在xy平面上的y＝0的线是换能器的中心轴线，声孔径为2L，也就是叉指换能器的有效指长，x_I为声表面波传播的方向，假定在x＝0也就是孔径线右边的声波，可以用在x_I和x之间所有的不同角度θ上这样的平面波加权求和来表示，根据其加权函数便可以得到声表面波的强度分布关系；在满足布拉格条件下，由表面波强度表达式便可以得到对应3dB带宽的最高端和最低端的布拉格角，根据最高和最低布拉格角关系式，得到相对带宽和相对声孔径的关系式，从而得到布拉格带宽与声孔径的关系；最后是光纤与波导器件的耦合分析方法：采用两个半高斯函数组合的形式来描述波导模场的垂直方向分布，并最终得到耦合效率的表达式，基于此表达式，得到波导模场的椭圆度和不对称度对光纤与波导耦合的模场失配损耗的影响。