半环耦合器（HalfRing）

GMPT, 2023/09/18

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1. 简介

  定向耦合器是一种常见的实现分光和合光的耦合器件，由两个相邻的波导结构组成。本仿真中的半环耦合器由一路直波导和一路半环结构组成的定向耦合器，在光子集成电路中具有多种应用，包括：

1. 光信号的传输：将光信号从一个波导引导到另一个波导，实现信号传输。
2. 光路选择：用于在不同波导之间切换光路，实现光路选择功能。
3. 光信号分路：将入射光分为多路，用于分布式传感、多通道通信等。
4. 光信号耦合：将多个波导的光信号耦合到一个波导中，以实现多通道集成。

半环耦合器件结构：

2. 工作原理介绍

  波导中的折射率分布决定了不同模态的传播特性。当光从一个波导传输到另一个相邻波导时，折射率差异会导致光的耦合，这就是光波导器件耦合模理论（CMT）。定向耦合器就是利用模式理论和耦合模理论实现光场耦合行为，通过调整两个波导之间的距离、形状以及折射率等参数，可以控制耦合效率，实现光的定向耦合。

3. 器件结构参数

  本仿真中，半环谐振器由放置在二氧化硅衬底上的一个半环形波导和一个直波导组成，结构参数如下：

结构参数名称	长度
环形波导外径 r1	3.3 μm
环形波导内径 r2	2.9 μm
直波导宽度 Sy	0.4 μm
两波导间距 d	0.1 μm
波导厚度 thinkness	0.18 μm

  本仿真中，将 1.5-1.6 μm 的光源注入半环谐振器，并以特定的频率耦合到半环定向耦合器上，查看各端口的透射特性。

4. 仿真结果展示

光场传播场分布（波长1.5μm和1.6μm）：

Through端口和Cross端口透射曲线：

Through端口S参数与标杆软件对比结果：

光源后端口反射谱与标杆软件对比结果：