为什么在硅光波导中，TE模要比TM模更受欢迎？

在硅光子学领域，光波导的设计和应用常常倾向于TE模式，而非TM模式。这种选择背后的原因是多方面的，涉及到复杂的物理现象和实际应用的考量。

从下面两张图可以看出，在1550nm和1310nm波段，当波导厚度分别低于240nm和205nm时，TE和TM模式均可存在。然而，在相同厚度条件下，TE模式的有效折射率总是高于TM模式。

进一步从场分布的约束能力来分析，这种约束能力指的是光场在波导内部的集中程度以及其在波导外部的衰减速率。理论上，TE模式由于其场分布特性，具有更强的约束力，意味着TE模式的光场更集中于波导内部，并且在波导外部的衰减速度更快。

具体而言，上面提到的模式有效折射率neff是衡量其在波导中传播能力的关键参数，它直接影响模式的场分布和传播特性。

在波导的包层中，场强度的衰减可以近似表示为指数衰减形式：

E 为距纤芯－包层界面距离 d 处的场强度；neff 为模式的有效折射率；nc 为包层的折射率。可以看出 neff 越大，与包层折射率之间的差值越大，意味着场在包层中的衰减速率越快。

TE模有效折射率为2.845，平板波导的基模(TE)分布如下图：

TM模有效折射率为2.845，平板波导的二阶模(TM)分布如下图：

可以看出，具有较高有效折射率的模式在波导内部得到了更好的限制，同时在波导外部的倏逝场尾部衰减得更快。相比TM模式，TE模式由于其较高的有效折射率，获得了更好的场约束能力。这使得TE模式在具有高折射率差和紧密模式约束的波导中，传播损耗更低，也有利于减小模式尺寸，更适合于长距离传输和高密度集成的光子器件应用。

从弯曲损耗的角度来看，在高限制性的条形波导中，TE模式由于其电场分布的特性，通常展现出较低的辐射损耗。然而，当涉及到弯曲半径较小的脊形波导时，TM模式的辐射损耗则相对较高，尤其是在弯曲半径小于5微米的情况下，这种损耗变得显著。这主要是因为TM模式的磁场在波导边界附近较强，导致在弯曲处更容易向外辐射能量。

因此，通过适当的设计，我们可以创建一种结构，只允许TE模式传播而阻止TM模式的传输，这种设计起到了类似偏振滤波器的作用。

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