本文主要希望能在單模的矽通道波導與單模光纖之間，設計出一個能達到最高耦合效率的結構，即為nanotaper。本文中利用三維的時域有限差分法(3D-Finite Difference Time Domain)及光束傳播法(Beam Propagation Method)來進行結構上及模態的模擬。
一開始，先在nanotaper的結構參數(nanotaper的總長度、尖端開口寬度、曲線次方數及高度)中，選定欲進行優化的結構參數：開口寬度及曲線次方數，接著利用三維時域有限差分法來模擬光在nanotaper中傳輸的情形，並計算得到模態轉換損耗；使用光束傳播法來模擬出nanotaper中的光模態，進而計算此光模態與單模光纖模態之間的不匹配程度，而得到模態不匹配損耗；加總模態轉換損耗及模態不匹配損耗後，可得到總損耗。
而根據改變不同的nanotaper開口寬度及nanotaper曲線次方數，可分別找出這兩種結構參數與各種損耗之間的關係。在nanotaper中傳輸時，模態不匹配損耗主導總損耗的趨勢；而當光一旦進入空氣中時，則反而是模態轉換損耗成為影響總損耗的關鍵。在Nanotaper中時，當nanotaper曲線次方數為5、開口寬度為0.03μm，有最低的模態不匹配損耗；曲線次方數為8、開口寬度為0.09μm時有最低的總損耗。利用經過模擬並計算後做出的損耗與結構參數之間的關係圖，可快速的決定出最適合的結構之尺寸規格。

[1] Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistier, K. J. Orlowsky, and D. A. Ackerman, “Efficient coupling of semiconductor laser to an optical fiber by means of a tapered waveguide on silicon,” Appl. Phys. Lett. vol. 55, no. 23 (1989)
[2] Kazuo Kasaya, Osamu Mitomi, Mitsuru Naganuma, Yasuhiro Kondo, and Yoshio Noguchi, “A simple laterally tapered waveguide for low-loss coupling to single-mode fibers,” IEEE Photonics Technology Lett. vol. 5, no. 3 (1993)
[3] Osamu Mitomi, Kazuo Kasaya, and Hiroshi Miyazawa, “Design of a single-mode tapered waveguide for low-loss chip-to-fiber coupling,” IEEE J. of Quantum Elect., vol.30. no. 8 (1994)
[4] Vilson R. Almeida, Robert R. Panepucci, and Michal Lipson, “Nanotaper for compact mode conversion,” Optics Lett., vol.28, No.15 (2003)
[5] Hunsperger, Robert G., ”Integrated optics- Theory and Technology,” Springer Publisher, (1995)
[6] 劉鎧銘, “利用時域有限差分法針對一維光子晶體超稜鏡效應在多工分波元件模擬量測方法之建立與分析,” 清華大學電機工程學系, 碩士論文 (2004)
[7] 黃維傳, “在矽基板上使用金氧半導體電光效應之環形共振腔特性模擬與分析,”清華大學電機工程學系,碩士論文(2006)
[8] BeamPROPTM(BPM) and FullWAVETM(FDTD) from Rsoft Design Group, Inc.
[9] Soref, R.A. and B. R., “Kramers-Kronig analysis of electro-optical switching in silicon,” Proc. SPIE, 704, 32-37(1986)