多模干涉耦合器 (Multimode Interference coupler, MMI coupler)即利用的是光的自映像原理。主要有結(jié)構(gòu)緊湊、易于制作、損耗小、制作容差性好、偏振相關(guān)性小等優(yōu)點(diǎn)。

自映像原理

如下圖所示，在平板波導(dǎo)中，左側(cè)的光源Q在沿著光傳輸?shù)姆较蛏?，將周期性地出現(xiàn)其像Q1，Q2，...[1]

平板光波導(dǎo)中的光源Q和其自映像Q1和Q2

MMI工作原理

多模干涉耦合器的基本原理是利用多模波導(dǎo)中各階模的干涉而形成的自映像效應(yīng)。在多模波導(dǎo)中，多個(gè)導(dǎo)模沿著波的傳播方向互相干涉，在周期性的間隔處出現(xiàn)輸入場的一個(gè)或多個(gè)復(fù)制的映像，這就是多模波導(dǎo)的自映像。MMI干涉主要有三種類型，具體請(qǐng)見下表[1]。

硅脊型波導(dǎo)MMI——垂直多模效應(yīng)

對(duì)于Si層在3-11um這種厚度下的SOI波導(dǎo)的分析發(fā)現(xiàn)，在MMI區(qū)域縱向存在多模效應(yīng)，從而使得MMI成像不完善，損耗加大，均勻性降低。分別在輸入輸出波導(dǎo)與MMI的連接處引入taper結(jié)構(gòu)，使縱向多模的激發(fā)比重減小，從而減小縱向多模對(duì)成像的影響。

以均勻性和附加損耗為評(píng)價(jià)MMI成像質(zhì)量的性能指標(biāo)，定量考察MMI的特性?？疾靦aper結(jié)構(gòu)對(duì)抑制縱向多模效應(yīng)的作用[2]。

硅基MMI的主要性能指標(biāo)：

1)附加損耗(excess loss，EL)

附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減少值，用分貝來表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

2)不均勻度(imbalance，IM)

不均勻度是衡量MMI各輸出端口分光不均勻程度的指標(biāo)，通常用在實(shí)現(xiàn)相等分光的MMI耦合器中。不均勻度定義為輸出端口最小光功率與最大光功率比，我們對(duì)比值取對(duì)數(shù)，單位為dB，則：

在實(shí)現(xiàn)均勻分光的MMI中，例如，在2×2 3dB MMI中，不均勻度越小,器件的性能越好。通常在1×2的3dB MMI中，由于其輸入光場是對(duì)稱輸入的，其不均勻度要遠(yuǎn)小于理論上應(yīng)該趨向于0。通常MMI的不均勻度受輸入和輸出波導(dǎo)的位置影響較大。