24的局部奇简正模与波 导适配器240的TEi。或TM i。模之间的模重叠，波导适配器240的宽度被优化，该宽度通常略 宽于波导输入耦合器近端224的宽度W12、波导输入耦合器近端24和分支波导近端234之 间的间隙、以及分支波导近端宽度W22之和。输入耦合器和分支波导之间的间隙是对于制造 能力、两波导（例如波导输入耦合器220和分支波导230)之间的相互作用、从波导输入耦 合器220至接合的适配器240的散射/辐射损失转变的妥协。另外，分支波导230的形状 被选为使得在接近近端224、234处两波导之间的间隔缓慢地减小，这使任何波前倾斜效应 最小化。
[0038] 图3示出具有固定在滑动件306上的近场换能器对准的 (near-field-transducer-aligned)光源（例如激光二极管304)的光传输系统302的换能 器头组件300的另一实施方式。从激光二极管304射出的光通过光传输系统302被耦合并 聚焦至NFT 308。除非另有说明，图3实施方式中的相同特征与图2实施方式中的那些相同 特征相同或相似。
[0039] 如图2那样，图3的光传输系统302具有由波导输入耦合器320和分支波导330构 成的波导配置310。波导输入耦合器320包括具有宽度Wn的远端322以及具有宽度W 12的 相对近端324。分支波导330包括具有宽度W21的远端332和具有宽度W 22的近端334。波 导输入耦合器320和分支波导330的总体形状和配置与图2中的波导输入耦合器220和分 支波导230是相同的。
[0040] 波导适配器340位于波导输入耦合器320及分支波导330和NFT 308之间。然而， 在该实施方式中，固体浸没镜（solid immersion mirror, SIM)350被置于波导适配器340 和NFT 308之间。尽管可使用多种形状，然而在图示实施方式中，SIM 350的形状是椭圆的 或基本抛物线形的。在一些实施方式中，光束扩张器可附连在波导适配器340端部以有效 地激发NFT 308。输入耦合器320、分支波导330、波导适配器340和S頂350 -起将光聚焦 至NFT 308以使中央聚焦点纵向地极化。
[0041] 图4示出锥形分支波导，特别是分支波导400的实施方式。分支波导400包括具有 远端宽度1的远端402、具有近端宽度W2的近端404,以及从远端402至近端404的标称长 度L。分支波导400具有中线M。分支波导400从远端402向近端404锥形化；也就是说， 远端宽度I大于近端宽度W 2。在一些实施例中，这种从远端402至近端404的锥化或减小 通过线性函数定义。替代地，锥形率或减小率可从远端402至近端404沿长度L改变。
[0042] 分支波导400图示为具有非线性的、弯曲的形状，尽管在其它实施方式中它可以 是线性的或直的。由于分支波导400的锥变（tapering)性质，其形状可容易地通过其中线 Μ的曲率（或线性度）来定义。线性分支波导将具有线性的中线M，即使分支波导的总宽度 从其远端向其近端锥变亦是如此。非线性分支波导将具有非线性的中线Μ，例如相对于波导 输入耦合器凹进、相对于波导输入耦合器凸出，或者可以是各种弧形部分的组合。下面描述 的数值建模表明类余弦形状是分支波导的一种适宜选择。
[0043] 遵循耦合模理论，描述两个局部简正模之间的耦合的微分方程可被写成：
[0047] 其中As(Aa)表示在传播方向ζ上的局部类对称（类非对称）简正模的复数振幅， 而β3(β3)表示局部类对称（类非对称）简正模的传播常数。N是矩阵并且其非对角线元 素描述两个局部简正模之间的耦合。如果忽略波前倾斜和波导锥变的话，N可被写成：
[0049] 为了获得上述的耦合方程的近似解，考虑简化的振幅α 3和a a，以将传播相位分 别从AjPAa中去除：
[0052] 耦合方程，即方程（la)、（lb)、（lc)变为：
[0057] 其中u是两个简正模之间的传播相位差的积分，而z。表示分支波导开始所在的z 坐标。对于绝热波导耦合器和分光器，两个简正模之间的耦合通常是弱的。对于耦合的二 阶次，对方程（2a)、（2b)得到近似解：
[0060]对于 TE^-TEi。模阶次转换器，a s (z。）~0, aa (z。）~1，
[0062] 模阶次转换器的设计目标是最小化两简正模之间的转换，即最小化偶次模振幅 as。理念是在相位项中具有最快振荡expHu)，通过使（β3-β3)(即两个简正模之间的传 播常数之差）在每个z处尽可能大以抵销转换。为了进一步理解方程（5)，使用简正耦合模 理论，其忽略了两个波导之间的端射（end-fire)耦合。简正模耦合系数N12和传播常数差 (β s- β a) ：
[0065]其中：
[0068] 这里，β廊β 2分别表示两个相隔离的波导（即分支波导和输入波导耦合器）的 传播常数。k是两个波导之间的平均耦合系数。
[0069] 对于绝热模阶次转换器，N12和Δ β sa通常是传播z的缓变函数。方程（5)被进一 步近似为：
[0071] 根据方程（8)找出来自该不等式的最大模转换：
[0073] 用方程（6a)、（6b)代入方程（9)获得方程（10)，该方程（10)奠定了设计短模阶 次转换器的基础：
[0075] 为了获得耦合系数k和传播常数^和β 2，使用有效折射率方法；将有效折射率 方法施加至图5Α所示的一般波导耦合器的步骤示出于图5Β和图5C中。首先从厚度t的 板计算出TE。模的模折射率（该模折射率被定义为传播常数除以自由空间波数）并形成有 效折射率!^。通过这两个厚度为djPd4(相隔d3)的平行板所形成的复合波导的TMJTMD 的传播常数，如图5C所示，则被用来近似求解原始二维耦合器的类对称（类非对称）TE简 正模的传播常数，并且两个板之间的耦合也被用来近似求解原始二维耦合器的耦合。
[0076] 两个板之间的耦合系数被定义为：
[0079] 在这些方程中，ε。是真空的介电常数，ω是光的角频率，Pi (P2)是表示隔离
[0080] 的板1(板2)中的功率单位的归一化常数。离和矣分别是板1和板2的电场矢 量。
[0081] 注意，对于相异的波导，k12乒k 21。在自洽的（self-consistent)简正親合模理论 中，
[0082] 耦合系数k取k12和k 21的平均值：
[0084] 对于图5C所示的一般的五层板，方程（11)是直接可得的，即便它是冗长的，
[0085] 并且方程（11)导致对耦合系数的下列表达（方程（13a)和（13b)，如下）。
[0098] 为了取得低简正模转换，通过如图4和图2所示将分支波导从宽的始端至窄的末 端锥变，方程（10)中的第一括号中的项减小。作为示例，波导（例如，图2的分支波导230) 具有带氧化娃包层（nt= 1. 46)的折射率η。= 2. 36的120nm厚TiOx芯。辅助层是700nm 厚的SiONx，其折射率1= 1. 70。光源（例如图2的光源204)是边缘发射激光二极管，它 是TE极化的并具有发射波长λ = 830nm。二极管的慢轴平行于波导平面并且TE。。模将在 波导输入耦合器中被激发。波导输入耦合器（例如图2的波导输入耦合器220)在始端为 170nm宽（例如在远端222的Wn)并朝向其端部线性地越来越宽（例如在近端224的W12)。 对于效率和模阶次转换两者而优化端部宽度（例如在近端224的W12)。从波导输入耦合器 的始端（例如波导输入耦合器220的远端222)至转换器的末端（例如至近端224)的传播 长度为120 μ m。
[0099] 回到图4,如所指出的那样，分支波导400具有遵循类余弦形状的中线Μ :
[0101] 其中分支偏移0和L如图4所示，而m是控制形状斜率的参数。当m= 2时，得出 余弦形状，而当m < 2时，在转换器端部（即近端404)给予更为平滑的改变。
[0102] 方程（10)的第一括号中的项是分支波导起始宽度（即图4中的I)的传播长度 的函数。随着分支起始宽度增加，该项显著地减小。在远端402附近，该项对于所有情形都 接近零，因为X非常大；在转换器末端（即在近端404)，该项对于起始宽度是相等的，因为 分支波导近端宽度与波导输入耦合器近端宽度一样宽，因此X = 0。
[0103] 至于该项在方程