多層/リブ導波路内の漏洩モード

この例題では、GaAsとAlGaAsによる多層の導波路によってサポートされる漏洩モードを求めるためにFemSIMを使います(参考文献[1]を参照)。ここでは、損失が高い基板放射モードと検討対象の漏洩導波モードを区別する方法について議論します。

ツール
カテゴリ 導波路デバイス、モード解析

構造の概要

この導波路は、GaAs基板の上部に深くエッチングされた多層のリブ構造です。デバイスのコアとクラッドは、閉じ込めを行うために、異なる合成濃度によるAlGaAsの層で構成されます。基板の大きな屈折率のために、基板に漏洩が検出されます。波長1.064μmにおける導波路のモードを解析します。この例題で用いるリブ構造は以下の通りです。

ここで、AlGaAs合金組成に応じた波長1.064μmでの屈折率は以下の通りです。n1=3.4804(GaAs)、n2=3.3675(x=20%)、n3 = 3.4519(x= 5%)、n4 = 3.3955(x=15%)、n5= 3.4434(x=6.5%)。カバー材料は、空気(n=1)です。

TMとTEの両方の偏波に対する最初の2つのモードの計算

損失のあるモードを探しているので、不均一メッシュおよびPML(perfect matched layer)境界条件を使います。どちらのフィールド要素が主要成分になっているかを見ることで、モードの偏波を判断できることに注意してください。RSoftの表記法では、X軸方向が主要成分になっているモードがTEで、Y軸方向が主要成分になっているモードがTMです。シミュレーションの終了後、FemSIMシミュレーション・ウインドウ・ツールバーのボタンを用いて、検出したモードを確認できます。最初の2つのモードはどちらも基本モードで、以下のようになります。

ここで、左右のモード・プロファイルは、各々基本TEモードおよび基本TMモードです。

1次モードは以下の通りです。

ここで、左右のモード・プロファイルは、各々1次のTMおよび1次のTEモードです。

参考文献
[1] J. Heaton, M. Bourke, S. Jones, B. Smith, K. Hilton, G. Smith, J. Birbeck, G. Berry, S. Dewar, and D. Wight, "Optimization of Deep-Etched, Single-Mode GaAs/AlGaAs Optical Waveguides Using Controlled Leakage into the Substrate," Journal of Lightwave Technology, 17, (1999) 267-281.