12、光波导与网络拓扑性能分析

光波导与网络拓扑性能分析

1. 光波导分析

在复杂的平面光波电路中，弯曲波导起着至关重要的作用。对于弯曲波导，在缓变包络条件下，圆柱坐标系中的标量TE和TM波方程可转化为傍轴波方程。
- 有效折射率法 ：该方法用于将二维折射率分布转换为TE和TM偏振场的一维折射率分布。在具有一维折射率分布的弯曲平板波导中，利用标量光束传播方法（采用有限差分法求解TM和TE模式的傍轴波方程），从初始场中求出具有水平和垂直偏振的光场。通过采用透明边界条件，使用了相对较小的计算窗口。
- 波导双折射计算 ：在具有方形横截面的弯曲波导中，计算了由于TE和TM偏振场的有效导波指数差异而导致的波导双折射。波导双折射随着波导与包层区域之间的折射率差异的增加以及弯曲程度的增加而增大。同时，还计算了弯曲波导中TE和TM偏振场的双折射引起的波长偏移。不同类型弯曲波导在不同半径下的波长TE/TM偏移如下表所示：
| 波导类型 | 半径（mm） | 波长TE/TM偏移（pm） |
| ---- | ---- | ---- |
| 低掺杂二氧化硅 | 10 | 0.06 |
| 高掺杂二氧化硅 | 6 | 0.44 |
| InGaAsP/InP | 2 | 89.52 |

• 应力双折射 ：各向同性介电材料在受到机械应力（如薄膜应力、热应力和固有应力）时，可能会变得光学各向异性，这种现象称为应力双折射或光弹性效应。掺杂二氧化硅（SiO₂）波导通常制作在晶体硅（Si）衬底上，由于两者热膨胀系数差异较大（掺杂SiO₂为0.5 - 1.0 × 10⁻⁶