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High-Performance 2 × 2 Bent Directional Couplers Designed With an Efficient Semi-Inverse Design Method

弯曲分子几何 功率分配器和定向耦合器 带宽(计算) 制作 材料科学 光学 消光比 波长 反向 光电子学 集成光学 光子学 波分复用 波导管 硅光子学 物理 工程类 电信 数学 几何学 复合材料 医学 替代医学 病理
作者
Laiwen Yu,Jingshu Guo,Hengtai Xiang,Chaoyue Liu,Yuqi Zhao,Daoxin Dai
出处
期刊:Journal of Lightwave Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (2): 740-747 被引量:9
标识
DOI:10.1109/jlt.2023.3315214
摘要

Directional couplers (DCs) are the basic elements for constructing various silicon photonic devices, including Mach–Zehnder switches (MZSs). Here, we propose a novel 2 × 2 bent directional couplers based on Bézier curves designed with an efficient semi-inverse design method. Two DCs were designed to operate at center wavelengths of 1.55 μm and 2 μm, with splitting ratios maintained between 45 to 55% over broad bandwidths of 130 nm and 160 nm respectively, and excess losses <0.05 dB. The present 1.55/2 μm DCs also have ultra-compact footprints of 16 × 1.8/24 × 2.5 μm 2 , which are much smaller than conventional DCs. The fabricated DCs show good fabrication tolerance of ±10 nm waveguide width deviation. The present bent DCs are then used for realizing thermo-optic MZSs for the 1.55/2 μm wavelength-bands, which show a bandwidth of >90 nm for achieving low excess losses of <0.3 dB and high extinction ratios of ∼18/20 dB.
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