Ukrainian Journal of Physical Optics


2022 Volume 23, Issue 3


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

Design and simulation of asymmetric Y-junction beam splitter with controllable splitting based on adjusted air-hole defect

Phachara Phongwisit, Surachart Kamoldilok, Prathan Buranasiri, Keerayoot Srinuanjan* and Pichet Limsuwan

Department of Physics, School of Science, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand.
*e-mail: keerayoot.sr@kmitl.ac.th

ABSTRACT

We report a construction of a new asymmetric Y-junction beam splitter with a controllable splitting ratio and simulate this splitter. The splitter is based on InP, has the area 65.0 µm2 and operates at the light wavelengths 1.48 and 1.55 µm. Under condition of no air-hole defect, the splitting ratio for the output ports 1 and 2 is equal to 92/8 at the both wavelengths. To control the splitting ratio, air-hole defects with different (diamond, square and cylinder) shapes are introduced at the junction between the two output ports. Our simulations confirm that the splitting ratio of the beam splitter can be efficiently controlled by changing the size and the shape of the air-hole defect. The maximal splitting ratios at our operating wavelengths are equal to 10/90 and 14/86 and the appropriate average insertion losses amount to 0.36 and 0.31 dB for all of defect shapes.

Keywords: adjustable beam splitters, waveguides, Y-junctions, integrated photonics

UDC: 621.39

    1. Pollock C and Lipson M. Integrated Photonics. Boston: Springer, 2003. doi:10.1007/978-1-4757-5522-0
    2. Boudrioua A. Photonic Waveguides: Theory and Applications. New York: John Wiley and Sons, 2009. doi:10.1002/9780470611142
    3. Blahut M and Kasprzak D, 2004. Multimode interference structure - properties and application. Opt. Applicata. 34: 573-587.
    4. Hosseini A, Kwong D N, Zhang Y, Subbaraman H, Xu X and Chen R T, 2011. 1×N multimode interference beam splitter design techniques for on-chip optical interconnections. IEEE J. Select. Top. Quant. Electron. 17: 510-515. doi:10.1109/JSTQE.2010.2099210
    5. Han L, Liang S, Zhu H, Zhang C and Wang W, 2015. A high extinction ratio polarization beam splitter with MMI couplers on InP substrate. IEEE Photon. Techn. Lett. 27: 782-785. doi:10.1109/LPT.2015.2392383
    6. Pan C and Rahman B M, 2016. Compact polarization-independent MMI-based 1×2 power splitter using metal-cap silicon-on-insulator waveguide. IEEE Photon. J. 8: 3. doi:10.1109/JPHOT.2016.2564926
    7. Singhal R, Satyanarayan M N and Pal S, 2012. Fabrication of single-mode Y-branch waveguides in photosensitive polymer with reduced Y-junction residue. Optik. 123: 1911-1914. doi:10.1016/j.ijleo.2011.08.039
    8. Sun S M, Sun Y L, Zheng B Y, Wang P, Hou Z S, Dong W F, Zhang L, Chen Q D, Tong L M and Sun H B, 2016. Protein-based Y-junction optical micro-splitters with environment-stimulus-actuated adjustment. Sens. Actuators B Chem. 232: 571-576. doi:10.1016/j.snb.2016.03.164
    9. Ren Y, Zhang L, Xing H, Romero C, Vázquez de Aldana J R and Chen F, 2018. Cladding waveguide splitters fabricated by femtosecond laser inscription in Ti:sapphire crystal. Opt. Las. Technol. 103: 82-88. doi:10.1016/j.optlastec.2018.01.021
    10. Tang X, Liao J, Li H, Zhang L, Lu R and Liu Y, 2010. A novel scheme for 1×N optical power splitter. Opt. Express. 18: 21697-21704. doi:10.1364/OE.18.021697
    11. Yang L C, Huang C C, Huang H C and Tsao S L, 2012. A novel 1×2 optical power splitter with PBG structures on SOI substrate. Optik. 123: 306-309. doi:10.1016/j.ijleo.2011.03.025
    12. Ab-Rahman M S, Aziz A N A, Nordin R and Jumari K, 2020. Optimum design of an optical waveguide: determination of the branching angle of s-bend waveguides. Optik. 200: 163249. doi:10.1016/j.ijleo.2019.163249
    13. Kawano K and Kitoh T. Introduction to Optical Waveguide Analysis. New York: John Wiley and Sons, 2001. doi:10.1002/0471221600
    14. Wang H-T, Chen C-F, Chi S A, 2019. Numerical solution for broadband PLC splitter with variable splitting ratio based on asymmetric three waveguide structures. Appl. Sci. 9: 1892. doi:10.3390/app9091892
    15. Lunghi T, Doutre F, Rambu A P, Bellec M, De Micheli M P, Apetrei A M, Alibart O, Belabas N, Tascu S and Tanzilli S, 2018. Broadband integrated beam splitter using spatial adiabatic passage. Opt. Express. 26: 27058-27063. doi:10.1364/OE.26.027058
    16. Roggero U F S and Hernández-Figueroa H E, 2020. Polymeric power splitters for multiplexing optical biosensors. Opt. Las. Technol. 127: 106127. doi:10.1016/j.optlastec.2020.106127
    17. Gašo P, Pudiš D, Seyringer D, Kuzma A, Gajdošová L, Mizera T and Goraus M, 2021. 3D polymer based 1×4 beam splitter. J. Lightwave Technol. 39(1): 154-161. doi:10.1109/JLT.2020.3026170
    18. Moumeni I and Labbani A, 2021. Very high efficient of 1×2, 1×4 and 1×8 Y beam splitters based on photonic crystal ring slot cavity. Opt. Quant. Electron. 53: 129. doi:10.1007/s11082-021-02780-8
    19. Zhong Z, Liu Y, Wang S, Liu Y, Jin H, Song Q and Xu K, 2021. T-branch waveguide mirror for multimode optical splitter with arbitrary power ratios. IEEE J. Quant. Electron. 57: 6300306. doi:10.1109/JQE.2021.3104851

    Ми повідомляємо про нову конструкцію асиметричного подільника з Y-подібним переходом із регульованим коефіцієнтом розщеплення, а також моделюємо роботу цього подільника. Подільник побудований на InP, має площу 65,0 мкм2 і працює на світлі з довжинами хвиль 1,48 і 1,55 мкм. За умови відсутності дефекту повітряного отвору коефіцієнт розщеплення для вихідних портів 1 і 2 дорівнює 92/8 на обох робочих довжинах хвилі. Для контролю коефіцієнта розщеплення на стику між двома вихідними портами вводять дефекти повітряних отворів різних (ромбічної, квадратної та циліндричної) форм. Моделювання підтверджує, що коефіцієнт розщеплення світлоподільника можна ефективно контролювати, змінюючи розмір і форму дефекту повітряного отвору. Максимальні коефіцієнти розщеплення на наших робочих довжинах хвиль дорівнюють 10/90 і 14/86, а відповідні середні внесені втрати становлять 0,36 і 0,31 дБ для всіх форм дефектів.

    Ключові слова: регульовані подільники променя, хвилеводи, Y-переходи, інтегральна фотоніка

Free download this article 

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©