用有效折射率法和有限元法分析多量子阱条形光波导

本文提出了一种快速和精确分析多量子阱(MQW)条形光波导的新算法。它基于有效折射率法和有限元法的结合。首先,由等效的平面波导替换多量子阱条形结构,用有效折射率法从原来问题得到平面波导的折射率分布;然后,用有限元法计算等效结构中E_(mn)~x模和E_(mn)~y模的传播常数和场强分布。文中给出了任意阱数和不同宽度多量子阱的对称结构和不对称结构的结果。     

离子交换玻璃波导折射率分布的确定

本文提出了由模折射率确定波导表面折射率的新方法,简化了White提出的公式,且可适用于任意折射率分布的平面光波导,具有普遍意义。分析结果表明,理论计算与实验测量相符合。     

用耦合波理论求解渐变折射率光纤的传播常数和模式场

本文应用耦合波理论来计算任意渐变折射李光纤的传播常数和模场分布.将无限伸展的抛物型折射率分布光纤作为一个理想波导,任意径向不均匀折射率分布光纤便可以视作该理想波导的微扰,其模场可以展开成一组完备的理想波导模的叠加.然后,模场和传播常数可以通过耦合波方程求得.进一步将一阶微分方程组形式的耦合波方程变换成线性方程组,使计算过程大大简化.文中给出了数值计算结果,并将其与准确值进行了比较.     

光波导折射率分布的数值计算法

介绍了光波导折射率分布的数值计算法，采用该方法，可由光波导输出端面的二维光强分布得到的其折射率差的二维分布和沿ｘ，ｙ方向的线分布，文中给出了Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ３光波导沿垂直于基片表面方向的折射率差分布的测量结果。     

Ti：LiNbO3光波导导模的场分布

给出了Ti扩散LiNbO_3条波导任意阶导模场分布的试探解.通过变分法分析,不但可以合理地确定其中的待定参数,而且也得到了相应导模传播常数的近似值.与扩展的有效折射率方法比较:这种解不但在函数形式上简单,待定常数确定方便,而且具有精度高的优点.还可以得到等效一维波导折射率分布的解析表达式.     

渐变折射率波导传播特性微扰计算的代数递推公式

应用量子力学的超位力定理（HVT）和赫尔曼－费恩曼（Hellmann-Feynman）定理（HFT），导出了用微扰法计算渐变折射率平面波导传播常数各级近似值的代数递推公式，并给出了由传播常数近似值计算模场近似表达式的代数式。计算了几个典型实例，此法的特点是便于直接计算任意级近似的传播常数及模场分布，且可推广到二维波导的计算。     

掺铒玻璃波导放大器中抽运光信号光重叠因子分析

通过分析掺铒(Er3 )玻璃波导放大器(EDWA)的放大增益机理,提出抽运光与信号光光模场分布之间的归一化重叠积分因子(Γ),并引入到掺铒波导放大器增益模拟计算中,使理论模型更切合实际。以Ag -Na 二次离子交换工艺制作的具有埋入型渐变折射率分布的掺铒波导放大器为例,采用数值方法模拟了条形波导截面上的二维折射率分布及抽运光、信号光的光模场分布。计算了不同工艺参量设置下的Γ大小,讨论Γ对放大器增益的影响。结果显示,在二次离子交换制作过程中设置适当工艺参量优化折射率分布,能有效改善波导中抽运光与信号光光模场分布之间的重叠因子,提高掺铒波导放大器的增益。计算结果显示,在一定条件下,Γ从0.5增至0.8,每厘米长度掺铒波导放大器的放大增益可提高近1.5 dB。     

无源光器件的传播模场分析

以波导结构的单向耦合器为例，将复坐标变量完全匹配层应用于光器件的模场分析，采用有限差分方法构造出模场的本征方程，通过数值求解得到器件的传播模场和等效折射率。结果表明等效折射率随间距变化而变化，间距越大，等效折射率越趋向于单根光波导的值，为准确分析无源光器件内部模场分布打下了基础。     

二次多项式折射率分布平面光波导的模式

对于折射率分布为二次多项式的非对称平面光波导,求解了Helmholtz方程,推得用抛物柱函数表示的模式场分布和模方程.结果可用于处理这类波导(如银离子交换玻璃光波导等)的模耦合或有关器件的问题.     

聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

聚合物波导M-Z调制器TM模的泰勒级数展开法研究

根据聚合物脊型波导的结构特点,利用有效折射率法求出其横向折射率分布,将三维传播转化为二维传播,并从标量波动方程出发,在傍轴近似的情况下,采用Crank-Nicholson差分格式,得到了泰勒级数展开法基本计算格式,并对算法进行了适当优化;通过对Mach-Zehnder光波导TM模的模拟,分析了各种参数对损耗的影响。结果表明：泰勒级数展开法具有精度高、稳定性好、算法简单、易于编程等优点,是一种比较理想的光波导数值分析方法,可为聚合物电光调制器的设计制作提供理论参考。     

基于有机聚合物的M-Z波导设计

M-Z光波导是有机聚合物电光调制器的重要结构单元.将有效折射率法与二维差分束传播法相结合,利用有效折射率法计算了聚合物脊形波导的横向折射率分布及有效折射率.由Maxwell方程出发,结合辐射透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的计算格式.通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损...     

Recovery of Graded Index Profile of Planar Waveguide by Cubic Spline Function

A method is proposed to recover the refractive index profile of graded waveguide from the effective indices by a cubic spline interpolation function. Numerical analysis of several typical index distributions show that the refractive index profile can be reconstructed closely to its exact profile by the presented interpolation model.     

Dispersion modified slot optical waveguides

Advent of slot waveguide structures had opened a new era where light can be confined in low index slot guarded by high index slabs. Already in use SOI slot waveguides (contrast ratio is 2.42) have two distinct properties over the conventional waveguides, i.e. high E-field amplitude, optical power, optical intensity in low index materials, and strong E-field confinement localized to nanometer-size low index regions. We hereby propose a low refractive index contrast ratio slot waveguide structure (ratio is 1.18) comprising of commercially available glass material. Novelty lies in showing high E-field amplitude, optical power, optical intensity, and strong E-field confinement in low index slot regions despite of lowest ever reported contrast ratio. A systematic numerical study on the higher order dispersion characteristics of the widely studied SOI-based slot structure and of our proposed low refractive index contrast slot structure is carried out. It has been demonstrated that low refractive index contrast ratio slot optical waveguide GVD properties are quite different than SOI slot optical waveguide. The less normal dispersion existing in this kind of waveguide could have an impact on their applications in various nonlinear or linear applications.     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

一种简单精准的渐变折射率分布光波导分析方法

渐变折射率分布的光波导分析对光波导器件的设计和研究至关重要, 近年来已提出了多种分析方法, 然而在简便性或准确性上都存在着不足. 为此, 提出了一种分析渐变折射率分布光波导的方法, 能够结合现有的Wentzel-Kramers-Brillouin近似法和离散化的波动方程, 构建模场分布, 再结合变分运算方程和修正的模式本征方程, 计算出较为精确的有效折射率. 与其他分析方法相比, 该方法较为简单, 而且有一定的精度.     

迭代法重建平板光波导折射率分布

提出了一种用于重建渐变折射率平板光波导折射率分布的方法,这种方法通过数值法求解亥姆霍兹方程．从光波导的低阶模开始采用迭代法顺次对各个模式对应的“转折点”位置进行校正．并多次重复迭代以消除“转折点”外折射率分布的变化对相应模式“转折点”位置的影响。借助WKB近似原理说明了这种方法迭代过程中“转折点”坐标的收敛性。对折射率按照指数规律变化的平板光波导的折射率分布重建结果证明这种方法具有较高的精度。分析表明：这种方法克服了WKB法固有的缺陷,即忽略模式“转折点”外折射率分布对相应模式传输常鞋的影响和“转折点”处相移的不确定性,因而比逆WKB法具有更好的自洽性和精确性。     

反WKB方法的改进

改进了用于确定渐变平面波导折射率分布的反WKB方法。这种渐变折射率分布是从在WKB近似的条件下得到的本征方程用数值方法求得的。用改进的反WKB方法计算3种(指数、高斯和阶跃函数)折射率分布，结果验证了该方法的有效性。先用最小二乘法拟合测量得到的有效折射率。进而求出有效折射率函数，再利用改进的算法分布计算出各自的折射率分布。计算结果同精确值吻合得很好。计算出的波导表明折射率同精确值的绝对误差约为0．1%。     

Ag-Na离子交换玻璃波导的折射率分布研究

用Ag-Na离子交换技术制备了玻璃平面波导.通过棱镜耦合技术测量了波导的模折射率,用反WKB方法拟合得到了平面波导的折射率分布为高斯分布.发现Ag-Na离子交换的扩散系数与交换时间有关,并且随着交换时间的增加而减小.使用随离子浓度变化的扩散系数求解扩散方程得到了玻璃内部Ag离子浓度分布,并通过SEM谱证实了求解的正确性;使用一次多项式模拟的方法求解折射率变化与Ag离子浓度变化之间的关系,得到了平面波导的折射率分布.与反WKB法只能获得多模离子交换平面波导的折射率分布相比,这种方法可以得到任意扩散时间下折射率变化与Ag离子浓度,可以获得单模平面波导的折射率分布.