طراحی موجبر نواری سیلیکونی و مشخصه‌های اپتیکی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه نانوفناوری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده
در این مقاله یک موجبر پله‌­ای با استفاده از نرم افزار کامسول طراحی شده و مشخصات اپتیکی آن شبیه­‌سازی شده است. نتایج نشان می‌­دهد که این موجبر دارای دو مد انتشاری شامل یک مد عرضی الکتریکی (TE) و یک مد عرضی مغناطیسی (TM) است. برای این دو مد، رخ‌نمای میدان الکتریکی در چند طول موج شاخص رسم شده است. همچنین ضریب شکست موثر، پاشندگی موجبر و سطح مقطع موثر مدی بررسی می‌­شود. برای این ساختار و در بازه طول موجی مورد بررسی ضریب شکست موثر مد TM همواره از TE بزرگ‌تر بوده و هر دو مد در بازه طول موج مورد بررسی دارای یک طول موج با پاشندگی صفر هستند که برای مد TM در نزدیکی 5/2 میکرومتر و برای مد TE در 12/2 میکرومتر واقع شده است. از نتایج شبیه­سازی مشاهده می­شود که سطح مقطع موثر هر دو مد از مرتبه یک دهم میکرومتر مربع است و با طول موج رشد چندانی ندارد، به‌علاوه سطح مقطع موثر برای مد TE ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش می­‌یابد. در انتها با بهره­‌گیری از معادلات حاکم بر فرآیند تولید طیف ابرپیوستار در موجبرهای سیلیکونی، به مطالعه طیف ابرپیوستار در موجبر پیشنهادی پرداخته می­‌شود. نتایج شبیه­‌سازی نشان می­‌دهد که با توجه به ویژگی­‌های  پالس تزریق شده، پهن­‌شدگی طیفی یک اکتاوی در خروجی موجبر ایجاد می‌­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Design of a strip silicon waveguide and its optical characteristics

نویسندگان English

Fatemeh Mahmoudirad
Abolfazl Safaei Bezgabadi
Hamid Reza Bakhtiarizadeh
Department of Nanotechnology, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده English

Due to the significant advancements in silicon photonics, this paper presents a design of a strip silicon waveguide using COMSOL software, and its optical characteristics are simulated. The results show that this waveguide has two propagating modes, Transverse Electric (TE) mode and one Transverse Magnetic (TM) mode. The electric field profiles for these modes are illustrated at specific wavelengths. In addition, the effective refractive index, waveguide dispersion, and effective mode area have been investigated. For the proposed structure, the effective refractive index of the TM mode is always greater than that of the TE mode. Both modes have a zero dispersion wavelength over the examined wavelength range, occurring around 2.5 μm for the TM mode and approximately 2.12 μm for the TE mode. Our findings show that the effective mode area of ​​both modes is on the order of 0.1 μm2 and does not increase much with increasing wavelength. Furthermore, the effective mode area for the TE mode first increases and then decreases. Finally, by utilizing the equations governing the supercontinuum generation process in silicon waveguides, this process is studied in the proposed waveguide. The simulation results indicate that, depending on the characteristics of the injected pulse, the output from the waveguide achieves a spectral broadening of one octave.

کلیدواژه‌ها English

Strip silicon waveguide
Dispersion
Electric field profile
Effective mode index
Effective mode area
  1. S Shekhar, W Bogaerts, L Chrostowski, et al. Commun15 (2024) 751.
  2. N Singh, J Lorenzen, K Wang, et al. Photon19 (2025) 307.
  3. C Li, M Zhang, H Xu, et al., PhotoniX2 (2021) 11.
  4. K Petermann, Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik30 (1976) 139.
  5. A G Rickman, G T Reed, and F Namavar,  Lightwave Technol12 (1994) 1771.
  6. J Lousteau, D Furniss, A B Seddon, et al. Lightwave Technol22 (2004) 1923.
  7. Z Zhou, B Bai, and L Liu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron25 (2018) 1.
  8. S Liu, D Liu, Z Yu, et al., Optica 10 (2023) 316.
  9. J Wang, Y Long, Bull. 63 (2018) 1267.
  10. R R Alfano, “The Supercontinuum Laser Source: The Ultimate White Light”, Springer Nature, NewYork, (2023).
  11. Z Wang, H Liu, N Huang, Q Sun, and J Wen, Express. 20 (2012) 8920.
  12. H Pakarzadeh, S Hosseinabadi, and I S Amiri, Silicon 14 (2022) 6097.
  13. H Pakarzadeh, and M Bahrami, Nonlinear Opt. Phys. Mater. 2550044 (2025).
  14. C -S Brès, et al., Nanophotonics 12 (2023) 1199.
  15. Du, et al., Photon. Res. 6 (2018) 506.
  16. Y Fang, et al., Laser & Photonics Rev. 17 (2023) 2200205.
  17. G P Agrawal, “Nonlinear Fiber Optics”, Academic Press, SanDiego, (2019).
  18. P A Agbemabiese and E K Akowuah, Rep10 (2020) 21182.
  19. B Tatian,  Opt23 (1984) 4477.
  20. L Tévenaz, “Advanced Fiber Optics”, EPFL Press, Lausanne, (2011).
  21. A Safaei Bezgabadi and M A Bolorizadeh,  Rep12 (2022) 1.
  22. S Sun, G Z Mashanovich, and A C Peacock,  Express32 (2024) 8715.
  23. P H Wang, S P Wang, N L Hou, et al.,  Rep13 (2023) 13211.
  24. E Namjoo, A Safaei Bezgabadi, and M Monajati,  Quantum Electron. 58 (2026) 43.
  25. L Yin, PhD dissertation, Rochester University, Rochester (2009).
  26. T Zhu, M R C Mahdy, Y Cao, et al. Express24 (2016) 18436.
  27. M A Butt, Photonics11 (2024) 198.
  28. Z Ostovar, H R Bakhtiarizadeh, and A Safaei Bezgabadi,  Quant. Electron57 (2025) 194.
  29. L Yin, Q Lin, and G P Agrawal, Lett. 32 (2007) 391.
  30. L Zhang, Q Lin, Y Yue, et al., IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 18 (2012) 1799.
  31. N Singh, M Xin, D Vermeulen, et al., Light Sci. Appl. 7 (2017) 17131.
  32. C Lafforgue, S Guerber, J M Ramirez, et al., Res. 8 (2020) 352.
  33. A Ishizawa, K Kawashima, R Kou, et al., Express 30 (2022) 5265.
  34. M Sinobad, A DellaTorre, R Armand, et al., Lett. 45 (2020) 5008.
  35. I Rebolledo-Salgado, Z Ye, S Christensen, et al., Optics Express 30 (2022) 8641.
  36. F Leo, S P Gorza, S Coen, B. Kuyken and G Roelkens,   Lett. 40 (2015) 123.

تحت نظارت وف بومی