硅波导在1520-1570nm光波的传输过程中,其有效折射率的值大概是多少

Answer 1

光波导的散射分为两种类型：体散射和界面散射。体散射是由于光波导体材料的缺陷造成的，如空洞、杂质原子和晶格缺陷等。界面散射是由于光波导芯层和包层界面的粗糙度引起的。体散射在硅材料中一般可以忽略。但如离子注入等工艺引入较多的晶格缺陷时，这类损耗也不可忽视。体散射损耗与缺陷数目、传输波长尺寸、沿着光波导的相关长度等参数有关。界面散射损耗研究广泛，相关的计算方法也有不少，我们引入一种比较简单的方法，即Tien等人在1971年提出来的基于表面功率镜面反射的理论囵。条件是相关长度较长，这是在大多数情况下都比较合理的假设。
　　如果入射光功率为pj，镜面反射的功率为pr，则

　　式中，σ是表面粗糙度的均方差；σ1是光波导的传输角；n1是芯层的折射率。考虑通过一段距离的总功率流和光在两表面的损耗，Tien推出了界面损耗的表达式为

　　式中，σ2是上包层的粗糙度方差；σ2是下包层的粗糙度方差；kyu是上包层的衰减常数；kyl是下包层的衰减常数；尼是光波导长度。
　　还有一种较常用的表面散射损耗计算方法[7]：

　　式中，k只与表面粗糙程度有关，θ1代表模角，与模阶数有关，Dv是光波导的有效厚度；可见表面损耗与表面粗糙程度、模阶数成正比，而与光波导有效宽度成反比。对于小截面光波导，在相同界面粗糙程度下，光波导有效宽度较小，光场与光波导侧壁相互作用增强，导致散射损耗值很大，占据主导地位，所以这种光波导对刻蚀工艺有更高要求。
　　目前，已经有一些减小光波导侧壁粗糙度的方法被提出，并取得了较好的效果，如氧化物平滑技术，即先对硅进行热氧化然后再将其腐蚀去除。这无疑会改善光波导侧壁的粗糙度，但同时也会使光波导变窄，不过这个问题可以通过适当调整模版图形设计来改善。
　　Ming-Chang M.Lee等人网采用氢气热退火工艺使得硅光波导侧壁粗糙度减小到0.26 nm，在近红外波长下传输损耗小于1 dB/cm，并成功制作了宽0.5μm、高0.2μm的低损耗条光波导。
　　Daniel K.Sparacin等人阴采用湿化学氧化平滑工艺，使得光波导损耗在1550 nm波长时减小到1.9 dB/cm，这种工艺较前面提到的氧化物平滑工艺更能保持光波导的完整性（前者使光波导截面尺寸发生较大改变）。
　　另外，因为脊形光波导光模与光波导侧壁的作用较小，所以也可以通过制作截面尺寸稍大的脊形光波导来进行缓解。L.Vivien等人［10］利用SOl制作了低损耗脊形光波导，光波导宽度为1 gm夕脊形光波导由200 nm的硅刻掉30 nm形成，当输入光波长为1.31μm时的传输损耗可低至0.5dB/cm，利用这种光波导等成功地制作了长程损耗为26 dB的光树形分路器。

Answer 2

有效折射率的值与硅波导横截面的尺寸以及周围介质有关，另外不同模式的光的有效折射率的值也是不同的，你可以用comsol等软件计算得到。

Answer 3

1550nm是3.42