矩形波导的设计

资 源 简 介

矩形波导的设计

详 情 说 明

矩形波导是光通信和集成光子学中最基础的导波结构之一，其设计核心在于实现光场的高效约束与传输。采用有效折射率方法进行设计时，需重点考虑以下三个层面：

理论模型构建 有效折射率法将三维波导问题简化为两个正交方向的二维问题。先计算横向（如水平方向）的折射率分布，将其等效为均匀介质，再纵向（垂直方向）求解光场模式。这种方法大幅降低了计算复杂度，尤其适合分层介质波导。

关键参数设计 波导宽度、高度和材料折射率差是决定单模传输特性的核心参数。通过调节宽度与高度比，可控制模式数量；而衬底与波导层的折射率差直接影响光场约束能力。设计时需权衡模式尺寸与散射损耗。

工艺适配性优化 实际制备中，刻蚀侧壁粗糙度或材料不均匀性会导致等效折射率变化。有效折射率法可通过引入修正因子模拟工艺偏差，提前预判性能波动，这对芯片级制造尤为重要。

该方法的优势在于物理意义直观且计算效率高，但对复杂截面波导（如梯形）需结合数值仿真补充验证。现代设计通常将其作为初筛工具，再通过有限元法精细调优。