光波導應力雙折射研究.pdf

1、本文推導了各向異性介質中的半矢量波動方程，詳細推導了采用非均勻有限差分方法求解半矢量波動方程的差分格式和步驟。對于采用有限元方法來求解波導本征值問題也作了簡單介紹。 本文對于三類光波導中的應力雙折射作了深入而細致的研究工作，這三類光波導包括硅基二氧化硅光波導，SOI光波導，以及最近興起的納米尺寸硅波導。應力雙折射的研究困難之處首先在于應力計算模型的建立，最初研究人員采用了普通平面應變模型，認為沿波導方向的應變?yōu)?，這種模型與實際

2、情況有些差距；最近提出的標準平面應變模型改進了這一缺陷，使得計算結果更接近實際情況。本文對這兩種模型都有論述，同時比較了兩種模型的計算結果，分析了采用普通平面應變模型對計算結果帶來的影響，結果表明兩種模型對于雙折射的計算是相近的，但是普通平面應變模型在計算不同方向的折射率變化是有偏差的。本文還首次在光波導應力計算模型中引入了子模型方法來減小計算量，這種方法能夠使感興趣區(qū)域的計算結果更為精確，并能在保證精度的情況下縮短計算時間。采用有限元

3、方法計算的應力雙折射與近似解析解計算結果是相近的，這也證實了近似解析解的有效性。 硅基二氧化硅光波導中的應力雙折射的數量級大致在10-4，芯層尺寸對應力雙折射的影響較小。采用調整上包層熱膨脹系數與襯底的熱膨脹系數相近的方法能夠有效減小光波導中的應力雙折射，計算結果表明應力雙折射被降低到10擊的水平；調整下包層熱膨脹系數的方法不能實現(xiàn)消除應力雙折射；另一種消除應力雙折射的方法是刻蝕應力釋放槽，結果表明在槽深達到下包層一定深度時，光

4、波導的應力雙折射基本消失，而槽寬對于應力雙折射基本沒有影響。波導間距對應力雙折射的影響隨著間距的增大迅速減弱，計算結果表明在波導間距為波導寬度的三倍以上時，相鄰波導之間的應力影響已經可以忽略，波導內的應力分布與僅有一根波導存在的情況可以視為相同。 SOI光波導的應力雙折射處于10-3數量級，比上述的硅基二氧化硅光波導的應力雙折射要高1個數量級，這表明SOI光波導中的應力雙折射是非常大的，而計算結果表明SOI光波導的結構雙折射也基