理想波导短程透镜的卷边函数与特解

在无曲率奇点理想波导短程透镜的基础上，本文选取一般形式卷边函数，以降低弯曲损耗为目的，讨论了透镜卷边区不同卷边形式的曲率分布，优化了卷边函数并给出特解。     

优化波导短程透镜的研究

本文报导优化波导短程透镜器件技术。文中用我们给出的无曲率奇点非球面波导短程透镜的最优理论设计，研制出优化波导短程透镜。实验测试表明短程透镜在通光径8mm内无球差，对4mm宽平面波束，其焦点束斑的4μm。这是先进的国际器件指标。     

波导短程透镜的实验研究

波导透镜是集成光路〔IO〕中的最基本元件,它在IO中的作用类似体光学光路中的透镜.IO光信号处理系统如集成光学声光频谱分析器、导波声光卷积器、相关器、调频脉冲压缩器和矩阵乘法器等.系统中都需要用波导透镜.波导短程透镜较其它形式的波导透镜具有孔径大、旋转对称、无色差和插入损耗小的特点,所以特别引人注意.     

理想波导短程透镜的研究

报道无曲率奇点，无像差光波导短程透镜的研究。在透镜面型设计上，应用前文提出的过渡区母线函数形式，有效地消除了透镜卷边两端的曲率奇点，具体设计和研制了理想光波导短程透镜。     

无球差非球面短程透镜的研究

用光线追迹迭代法和解析法设计无球差非球面波导短程透镜的母线,用单点金刚石超精加工和凹面波导制备工艺,研制成孔径和有效孔径分别为8和6mm的LiNbO3导短程透镜.实验表明,器件在有效孔径内无球差;对4mm宽的输入平面波光束,焦点衍射光斑半宽度为4μm;透镜插入损耗为～1dB.     

无曲率奇点的光波导短程透镜的设计

在Ｓｏｔｔｉｎｉ等人提出的求解非球面光波导短程透镜一般解析方法的基础上，研究了卷边函数对透镜旋转母线曲率的影响。指出具有连续二阶导数的母线，可有效地消除曲率奇点，从而在理论上能够减小由于波导弯曲造成的导光损耗。基于这种观点，提出了一种新的卷边函数，求得了透镜轮廓的表达式，进而求得了透镜深度，并与Ｓｏｔｔｉｎｉ等人的解进行了比较。     

波导短程透镜的优化理论设计研究

本文给出了非球面短程透镜的优化理论设计。卷边与平面波导连接处的曲率半径为无限大,卷边与实际透镜连接处的曲率半径为较大的有限值。完善了短程透镜的一般解析法。     

短程透镜的损耗

本文讨论了引起短程透镜损耗的各种因素,用最优边缘卷边曲率半径和表面抛光的方法成功地降低了短程透镜的损耗,给出了短程透镜的损耗测量值.     

短程透镜问题的最优解

本文给出了带卷边短程透镜问题的一个最优解,透镜子午线光滑无奇点,在透镜边缘处卷边的曲率半径趋于无穷大,具有使该点弯曲损耗达到极小的最优卷边形状.最优解优于已有的短程透镜其他解析形式解,完善了设计短程透镜的解析法.     

光波导短程透镜加工容限误差研究

本文利用数值计算的方法，研究比较了目前常用的四种解析解设计的短程透镜凹坑深度方向加工误差对其聚焦效果的影响，得到了该方向加工误差与其焦距改变量之间的定量关系．结果表明：这四种解析解设计的短程透镜凹坑深度相对加工误差△Zo／Zo与焦距的相对改变量Ab／b的比值为一常数．根据这一关系给出了几种典型集成光学器件中短程透镜的加工容限误差．上述研究可为高分辨率光学器件的设计、制作提供理论支持和指导．     

四种解析解设计的短程透镜卷边对损耗的影响

根据光波导短程透镜母线曲率半径与光传输损耗的关系,利用数值计算的方法,通过计算不同母线参数条件下,四种解析解设计的短程透镜母线曲率半径,研究比较了短程透镜卷边对其损耗的影响,得出了短程透镜损耗与其有效区半径关系的曲线图,发现透镜凹面半径一定时,有效区半径越小,即卷边越大时,光传输损耗越小;短程透镜的解析改进解和最优解设计的透镜卷边存在曲率奇点.并由此得出了四种解析解设计的短程透镜有效区半径选取原则及其满足低损耗条件的取值范围.     

厚二氧化硅光波导薄膜制备及其特性分析

以硅烷和氧化二氮作为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，不使用掺杂，在单晶硅衬底上制备了用于平面光波导的二氧化硅薄膜。研究了薄膜折射率和淀积速率与工艺参量之间的关系，通过棱镜耦合仪、傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜等测试手段，分析了薄膜的结构和光学特性。结果表明，实验能快速生长厚二氧化硅薄膜，薄膜表面平整，颗粒度均匀，同时薄膜具有折射率精确可控和红外透射性能好的特点，非常适合制作光波导器件。     

光折变表面波诱导的薄层波导中的导波模式

利用数值模拟对扩散非线性机制下由光折变表面波诱导的薄层波导中导模的形成和特点进行了研究。采用分布傅里叶法对导模的传输特性进行了模拟。通过求解本征方程,对光折变表面波诱导的薄层波导中存在的导波模式进行了数值求解。通过调节传播常数和波导参数的方法,可以控制导模的阶数和传播波形。随着阶数的增加,导模轮廓的对称性越来越差;随着波导参数的增加,导模的峰值振幅单调递增。导模的能量主要聚集在晶体薄层波导中靠近-c轴的一侧,随着传播常数的增大,导模能量先减小后增大,且导模可以稳定传播。     

质子交换LiNbO3波导调制器多模截止波长的测试技术研究

提出并实验了一种采用倒置输入的结构来测定Y分支LiNbO3波导相位调制器的多模截止波长的新方法,模式耦合分析表明,倒置输入的Y分支波导的多模传输的输出功率具有随波长变动发生振荡的特征,该特征可用于定量判定多模截止波长.方法的有效性得到了波束传播法(BPM)仿真和样品实验两方面的验证.     

双折射光纤环形镜滤波器特性研究

双折射光纤环形镜具有滤波特性,将两个串联的双折射环形镜作为光学滤波器可以改善滤波特性,使其更为灵活。提出了用两个双折射光纤环形镜相串联的简单方案改善环形镜滤波特性。分析了由双折射光纤和萨尼亚克环构成的环形滤波器的透射特性,并讨论了用两个双折射光纤环形镜串联的滤波特性。从理论上模拟了双折射光纤长度比为1：2时的透射光谱形式,给出了透射光的表达式。串联后光谱中主峰的3dB带宽约为7nm,与单个环形镜相比,压缩了环形镜的3dB带宽,品质因数Q约为4．5。实验结果与理论模拟相一致,因此证实了该理论的正确性。     

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅特性研究

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅的纤芯折射率分布函数为矩形波。以三层阶跃折射率光波导结构基础，用弱导标量近似和标量耦合模理论分析折射率调制类型为矩形波的长周期光纤光栅的特性。详细地给出耦合模方程近似处理的方法，并说明了其合理性。用数学软件Matlab进行了数值模拟计算，发现折射率调制类为矩形波的光栅传输谱不是由它的各次余弦光栅谱的线性叠加而成的。还研究了外部环境折射率、包层半径、栅占空比等光栅结构参量对矩形折射率调制的光栅传输谱的影响。同时指出了每阶包层模的双谐振峰位置随栅参量的变化规律。刊■刊『_型，刿j1     

色散平坦渐减光纤中色散特性对超连续谱的影响

从频域全场方程出发研究了色散平坦渐减光纤中超连续谱(SC)的产生。结果表明,色散平坦渐减光纤的初始色散和色散斜率对超连续谱的产生有重要影响,当超连续谱宽度小于某一特定阈值时,谱宽随初始色散或色散斜率显著变化;而当超连续谱谱宽大于此值以后,谱宽随这两个参量的变化较缓慢。并且发现色散递减曲线为凸型的光纤比色散线性递减的光纤更有利于产生宽的超连续谱;而色散递减曲线为凹型的光纤不利于形成宽的超连续谱。计算表明经过优化选择光纤的色散参量,可以得到谱宽达330nm的超连续谱。     

矩量法研究平面波导点缺陷引起的散射损耗

对平面波导工艺过程里出现的点缺陷,如气泡、灰尘颗粒等对平面波导内光场造成的散射提供了一种简单而又实用的计算方法。计算基于格林函数方法,并利用矩量法求解积分方程,采用分块矩阵优化算法,使得算法的计算时间直接与点缺陷大小相关,提高了效率。证明了一定大小的点缺陷在特定的波长处会产生很大的散射损耗,证明点缺陷的散射损耗依赖于缺陷大小和光学性质而与其在波导中的位置无直接关系。以二氧化硅平面波导为例,分析了对中心波长1．55μm的入射光场,分别存在气泡和灰尘颗粒两种点缺陷时,散射损耗随点缺陷大小的关系特性,指出工艺过程特别应该避免某些孔径的点缺陷。     

基于道格拉斯格式的宽角有限差分光束传播法分析大角度交叉波导

交叉波导是集成光学中的一种重要的器件单元，针对大角度交叉波导的结构及折射率分布，运用基于广义道格拉斯算子的宽角多步有限差分光束传播法模拟大角度交叉波导的传输特性，数值计算出波导中的光场的分布。与Crank-Nicholson格式的有限差分光束传播法相比，该算法在几乎不增加计算时间和计算机内存资源的情况下，结合了广义道格拉斯格式的有限差分光束传播法截断误差小[只有o(△x)^4]和宽角多步法所具有较高精度的优点，是光波导器件理想的数值模拟工具。在此基础上计算分析了大角度交叉波导的输出分支波导的能量与交叉角度的关系，以及交叉角度对波导间能量耦合的影响。这为实际的设计制作光器件的工作提供了极好的基础。