Modelling of different tapered structures of multimode interference (MMI) couplers

• Autorzy: Abdul Razak Hanim , Aminoddin Khairul Anuar , Haroon Hazura , Idris Siti Khadijah , Mohd Zain Anis Suhaila , Salehuddin Fauziyah , Abdul Ghafar Ahmad Mubasyir

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.07.49

Warianty tytułu

PL

Modelowanie różnych stożkowych struktur sprzęgaczy interferencji wielomodowych (MMI)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper discusses the performance of different tapered structures of MMI Couplers. This research studies the effect on MMI coupler performance by varying MMI width, MMI length and also tapering the input/output waveguide. The performance was measured by observing the output power ratio and insertion loss (IL). The linear, parabolic, exponential, symmetrical and non-tapered MMI coupler were modelled using Finite difference beam propagating method (BPM). Each model was simulated in the OptiBPM simulator 2D to illustrate the optical field propagation. Furthermore, the output power and insertion loss were measured in OptiBPM Analyzer. Parabolic tapered with a width of 26 μm has produced the lowest insertion loss of 0.27 dB. On the other hand, the non-tapered MMI coupler has the worst performance of 1.67 dB. A minimum length of 278 m can be used to build the symmetrical tapered MMI coupler, which also turns out to be the most compact one. This study showed that the device's low insertion loss and small size have highlighted its potential for use in photonics applications.

PL

W tym artykule omówiono działanie różnych stożkowych konstrukcji łączników MMI. Te badania badają wpływ na wydajność sprzęgacza MMI poprzez zmianę szerokości MMI, długości MMI, a także zwężenie falowodu wejścia/wyjścia. Wydajność mierzono obserwując stosunek mocy wyjściowej i tłumienność wtrąceniową (IL). Liniowy, paraboliczny, wykładniczy, symetryczny i niestożkowy sprzęgacz MMI modelowano za pomocą metody propagacji wiązki różnic skończonych (BPM). Każdy model został poddany symulacji w symulatorze 2D OptiBPM w celu zilustrowania propagacji pola optycznego. Ponadto zmierzono moc wyjściową i tłumienie wtrąceniowe w OptiBPM Analyzer. Paraboliczny zwężający się o szerokości 26 μm wytworzył najniższe tłumienie wtrąceniowe na poziomie 0,27 dB. Z drugiej strony, niezwężany łącznik MMI ma najgorszą wydajność 1,67 dB. Minimalna długość 278 m pozwala na zbudowanie symetrycznego stożkowego łącznika MMI, który okazuje się również najbardziej kompaktowy. Badanie to wykazało, że niskie straty wtrąceniowe i niewielkie rozmiary urządzenia uwydatniły jego potencjał do wykorzystania w zastosowaniach fotonicznych.

Słowa kluczowe

EN

MMI coupler; optical modulator; power splitter

PL

sprzęgacz MMI; modulacja optyczna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 7
• Strony: 264--267
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Abdul Razak Hanim

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Faculty of Electronics Engineering and Computer Engineering, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka

• https://orcid.org/0000-0002-2571-6836

autor

Aminoddin Khairul Anuar

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik dan Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka

autor

Haroon Hazura

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik dan Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka

autor

Idris Siti Khadijah

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik dan Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka

autor

Mohd Zain Anis Suhaila

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik dan Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka

autor

Salehuddin Fauziyah

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik dan Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka

autor

Abdul Ghafar Ahmad Mubasyir

• Kejuruteraan Asastera Berhad

Bibliografia

• [1] P. A. Besse, M. Bachmann, H. Melchior, L. B. Soldano, and M. K. Smit, “Optical bandwidth and fabrication tolerances of multimode interference couplers,” Journal of Lightwave Technology, vol. 12, no. 6, pp. 1004–1009, 1994.
• [2] AR Hanim, NSM Zamil, H Hazura, ASM Zain, F Salehuddin, SK Idris, “The performance analysis of different tapered structures of MMI couplers for MZI modulators on Silicon-On-Insulator (SOI),” Optoelectronics and Advanced Materials-Rapid Communications, vol. 12, pp. 253-257, 2018.
• [3] G. B. Kashaganova, P. Komada, and G. Karnakova, “Fiber sensors based on the Bragg gratings in security systems,” Prz. Elektrotechniczny, vol. 96, no. 9, 2020
• [4] D. J. Thomson, Y. Hu, G. T. Reed, and J.-M. Fedeli, “Low Loss MMI Couplers for High Performance MZI Modulators,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 22, no. 20, pp. 1485–1487, Oct. 2010, doi: 10.1109/LPT.2010.2063018.
• [5] H. A. Razak, H. Haroon, A. S. M. Zain, P. S. Menon, S. Shaari, and W. M. Mukhtar, “On the performance of Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) optical modulator on silicon-on-insulator (SOI),” in 2015 IEEE Regional Symposium on Micro and Nanoelectronics (RSM), Kuala Terengganu, Malaysia, Aug. 2015, pp. 1–4. doi: 10.1109/RSM.2015.7355026.
• [6] L. B. Soldano and E. C. M. Pennings, “Optical multi-mode interference devices based on self-imaging: principles and applications,” J. Lightwave Technol., vol. 13, no. 4, pp. 615– 627, Apr. 1995, doi: 10.1109/50.372474.
• [7] T. Fujisawa and M. Koshiba, “Theoretical investigation of ultrasmall polarization-insensitive 1/spl times/2 multimode interference waveguides based on sandwiched structures,” IEEE photonics technology letters, vol. 18, no. 11, pp. 1246– 1248, 2006.
• [8] Chiu CL, Liao YH., “The Critical Adiabatic Linear Tapered Waveguide Combined with a Multimode Waveguide Coupler on an SOI Chip”, International Journal of Optics, 2019.
• [9] D. Chack, N. Agrawal, and S. K. Raghuwanshi, “To analyse the performance of tapered and MMI assisted splitter on the basis of geographical parameters,” Optik, vol. 125, no. 11, pp. 2568– 2571, Jun. 2014, doi: 10.1016/j.ijleo.2013.11.019.
• [10] D. S. Levy, “A New Design for Ultracompact Multimode Interference-Based 2 2 Couplers,” IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 10, no. 1, p. 3, 1998.
• [11] P. P. Sahu, “An Ultra Compactmulti Mode Interference Coupler with Parabolic Down Tapered Geometry,” Procedia Engineering, vol. 64, pp. 215–223, 2013, doi: 10.1016/j.proeng.2013.09.093.
• [12] H. Wei, J. Yu, X. Zhang, and Z. Liu, “Compact 3-dB tapered multimode interference coupler in silicon-on-insulator,” Optics letters, vol. 26, no. 12, pp. 878–880, 2001.
• [13] Le, Z., Yin, L., Huang, S., & Fu, M. “The cascaded exponential-tapered multimode interference couplers based triplexer design for FTTH system” Optik,125(16), 4357–4362.2014
• [14] J. Chovan, F. Uherek, M. Tornaška, S. Serečunová, D. Seyringer and H. Seyringer, "Optimization of 2x2 optical switch based on MMI splitters by using waveguide tapers," in 2022 14th International Conference on Advanced Semiconductor Devices and Microsystems (ASDAM), 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/ASDAM55965.2022.9966794.
• [15] E.Samoi, Y.Benezra, D. Malka,“An ultracompact 3×1 MMI power-combiner based on Si slot-waveguide structures”,Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications,Volume 39,2020.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).