問い合わせフォームのご連絡
この記事の内容についてのご質問や、
Ansys（Lumerical / HFSS など）の使い方相談はもちろん、
フリーソフト・OSSを使ったシミュレーションや解析の技術的なご相談も受け付けています。
「この設定で合ってる？」「この解析、どう進めるのがよい？」
「商用ソフトとフリーソフト、どう使い分けるべき？」
といったレベル感でも問題ありません。
気軽にこちらの問い合わせフォームからご連絡ください👇
前回からの続き
前回の記事ではCoupled mode theoryを用いたテーパ形状の決め方について、以下の論文をもとに定式化を進めました。
以下↓参考論文
以下↓前回の記事
今回は定式化した内容に基づいて、テーパ形状を決めていきます。
今回の解析対象は以下とします。
図に示すようにSi導波路の上にInPテーパをギャップ50 nm開けて設置した系を取り扱います。
各導波路の仕様
・Si導波路の幅490 nm, 厚さ220 nm
・InP導波路の厚さ 200 nm
・各導波路間のギャップ 50 nm
・周囲はSiO2クラッド
とします。
計算フロー(光結合係数κを一定と仮定して設計)
今回は光結合係数κを一定と仮定して解析します。
実際はInPにテーパがついているのでκは場所依存性があるのですが、今回は仮ということで。
①レファレンスとなる各導波路を設定して、偶モード、奇モードそれぞれの屈折率を計算
以下が偶モード、奇モードの計算結果です。Si導波路の仕様は上記と同じでInP導波路の幅を490 nmとして計算しています。Lumerical MODEを使って計算しました。
こちらが偶モードの電場のプロット(屈折率は2.58)
こちらが奇モードの電場のプロット(屈折率は1.81)
この結果から光結合係数κは以下の式で求まります。
②次にInP導波路を外して、Si導波路単体の屈折率を求めて伝搬定数を求めます。
③次に微小量εを指定
微小量εを指定すると、①でκが求まっているので、結合長(L)が決まります。
さらに適当な基準点Z0を決めるとuと形状関数γが決まります。
これらの値が決まると、InP導波路の理想的なテーパ形状が決まることになります。
今回は導波路間の光結合係数を一定と仮定しているので、
となります。ここでのβ1はSi導波路単体の伝搬定数です。
この式を逆に解いて
とするわけですが、あらかじめInPの導波路の伝搬定数の幅依存性についてはあらかじめデータセットとして用意しておく必要があります。
ということで、大まかな流れとしては①偶モード・奇モードの屈折率差から光結合係数κを求めて、②Si導波路単体のモード計算から伝搬定数β1を求めて②解析式から理想的なInPのテーパ形状関数を求めて③InPの伝搬定数の幅依存性のデータセットから、理想条件を満たすInP幅を順次選んでいく
という作業になります。
ちょっと長くなったので今回はここまでということで。
次回の続きはこちら
※本記事は筆者個人の見解であり、所属組織の公式見解を示すものではありません。
問い合わせ
光学シミュレーションソフトの導入や技術相談、
設計解析委託をお考えの方はサイバネットシステムにお問合せください。
光学ソリューションサイトについては以下の公式サイトを参照：
👉 [光学ソリューションサイト(サイバネット)]
光学分野のエンジニアリングサービスについては以下の公式サイトを参照：
👉 [光学エンジニアリングサービス(サイバネット)]