調製器 modulator

Notes: 

• 調製器分成：InP, 矽光, GaAs, LiNbO3, EAM
• EAM 的 modulation curve 是 DC ER
• MZM 的 modulation curve 是 Vpi，輸出光強從最大變化到最小，對應的電壓變化稱為半波電壓Vpi

MZM 傳輸函數

Ref:

• 专访元芯光电：全国产薄膜铌酸锂调制器 响应新一代光通信发展趋势 - 讯石光通讯网-做光通讯行业的充电站! (iccsz.com)

Perturbation theory

Notes: 

微擾理論的出發點是，將耦合系統看作一個受到某種微擾的理想光波導

MRM (Micro Ring Modulator)

Notes: 

• 優點：
1. compact design suitable for SiPho.
2. 改變折射率→ 改變notch wavelength.
3. higher Q leads to considerable modulation.
• 缺點：
1. Phase and Amplitude 交纏在一起
2. Notch wavelength 需要溫度穩定.
3. Higher Q rings are desirable but 頻寬較低.
• 調變原理：Carrier injection/ depletion 進行順向偏壓/ 逆向偏壓.

Ref:

• High-speed optical links | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore

EME (Eigen Mode Expansion) solver

Notes:

1. 適用場合：
• 只能模擬雙向的傳輸，不能模擬單向
• 傳輸路徑上有多重反射
2. 頻域的模擬
3. 模擬結果包含：S-parameter, filed profiles, index profiles.
4. 範例元件：MMI, SSC, Y-branch.

Comparisons:

• 用FDTD 跟 EME 都可以取出被動元件的S-parameter，差異在於
1. FDTD 一次只能input 一個mode 在一個port，EME可以同時完成所有模擬
2. FDTD 可以對Broadband 進行模擬，EME 一次只能對單一頻率.
• 跟FDE的差別：FDE只能算uniform cross section，EME可以算non uniform cross section，並且使用FDE 對個別 cross section 找modes.
• 但是兩種solver, 都需要掃sweeps, 才能得到full S matrix at multiple freq. points.

Ref:

• My First Simulation - Introduction - When to use EME – Ansys Optics
• Multi-Mode Interference (MMI) Coupler – Ansys Optics
• EME Solver analysis window overview – Ansys Optics

Multimode Interferometer (MMI)

Notes

• 關鍵參數：L1xN= 3Lpi/ (4N)
• 尺寸大，對於製程不敏感(相較於DC)；MZM 一定用 MMI分光，因為比較穩定。
• 中心是一個多模波導，support a large number of modes (typ. >3)，兩側放置單模波導
• 中心的多模波導，寬度決定1xN 的 N 大小，寬度越大，分出越多 port.

Self-imaging 原理

Lecture 6 (EM21) -- Coupled-mode devices

Simulation step

1. 模態收斂掃描：確認模擬結果是可靠的
2. 波長掃描：EME 是Single freq. solver, 掃波長得到S21^2 的broadband results.
3. Core 長度掃描：Optimal core length
4. Taper 寬度掃描：Optimal taper width

Ref.

1. AIM photonics 動畫：Multimode Interferometer
2. Ansys animation:Multi-mode interference (MMI) Coupler Simulated in Lumerical MODE 
3. 加泰隆尼亞理工大學 my_Thesis.pdf (upc.edu)
4. UCSB Jesus Perez_Silicon Photonics .pdf (ucsb.edu)
5. Lumerical官方案例、FDTD時域有限差分法模擬學習（十三）——多模干涉耦合器（MMI）_fdtd eme是3d_子非魚icon的博客-CSDN博客

Directional coupler (DC)

Notes:

1. 關鍵參數：Gap, length, wavelength
2. Coupling efficiency vs. length呈現 Sine 波的形狀
3. Coupling efficiency vs. wavelength 呈現 Sine 波的形狀
4. 相比於MMI, DC的footprint較小，可以節省面積，但也由於尺寸小，製程公差較小

Ref:

1. AIM photonics 動畫：Directional Coupler