聚合物脊形光波导TM模色散特性的偏振修正

有机聚合物脊形光波导的色散特性对聚合物光子学器件性能具有重要影响.本文利用标量变分理论计算脊形光波导的有效折射率,其用到的近似光场分布运用变分有效折射率法获得.考虑折射率分布的横向变化,基于导模满足的矢量波动方程,利用微扰法对标量变分理论所得有效折射率进行偏振修正,求得精度更高的色散特性.对聚合物多模脊形光波导基模和高阶模的色散特性进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,分析了单模波导TM、TE基模的偏振色散特性.研究结果表明,运用本征方程分析TM模的色散特性误差大,必须加以修正;而对于TE模,其误差相对较小.     

等效折射率模型研究光子晶体光纤的色散特性

应用等效折射率模型对折射率导模光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详细的讨论。由于光子晶体光纤由单一材料(SiO2)制成,光纤的波导色散决定了总色散,因此讨论中将群速度色散分解为波导色散和材料色散,研究了波导色散与光子晶体光纤的结构参量孔距∧、相对孔径f的关系。分析表明,在f一定的情况下,光子晶体光纤的波导色散与孔距∧的关系符合麦克斯韦方程的比例性质;而在孔距∧确定的情况下,光子晶体光纤的波导色散的零点、极小值点位置与f在所讨论的波长范围内存在线性关系。最后举例说明了通过调整光子晶体光纤的结构参量,可以灵活地设计其色散特性。     

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.     

全矢量有限元模型及其在光波导中的应用

为了研究光波导和光子晶体光纤的模式特性和传输特性,从矢量波动方程出发,推导出了各向异性介质中场微分方程复数泛函表达式,利用棱边/节点混合元离散了该泛函,加入了各向异性介质匹配层边界条件,得到关于传播常量的广义特征值方程.以矩形波导为例,对各向异性介质匹配层边界条件的吸收特性进行了研究,得到了基模以及几个高阶模的场分布、色散曲线和损耗曲线.结果表明该方法可靠有效.对正六边形晶格光子晶体光纤进行了分析.数据表明：光纤有效折射率随空气孔直径或波长的增大而减小,但与空气孔圈数无关;光纤限制损耗(confinement loss)随波长增大近似成指数增大,而增加空气孔直径或者空气孔圈数则可使之显著降低.     

矩形孔光子晶体波导慢光特性

在线缺陷光子晶体波导中,利用矩形孔和椭圆孔分别替代临近线缺陷的第二行和第一、三行圆形孔,构成矩形孔光子晶体波导结构.利用平面波展开法对波导的慢光特性进行仿真分析,研究矩形孔的非对称性对慢光带宽和色散特性的影响.研究表明,在慢光区域平均群折射率变化为±10%的情况下,与圆形孔线缺陷波导相比,得到的导模能更好地限制在禁带中,而且当矩形孔宽度参量小于高度参量时,导模可以得到归一化延迟带宽积更大、带宽更宽、色散更小的慢光.通过对波导中矩形孔参量的优化,得到的慢光归一化延迟带宽积最大为0.402,此时带宽为44.4nm,群速度色散为8.0ps2/mm.     

加入增益介质的表面等离子体激元耦合共振波导传输特性理论研究

将增益介质加入金属环构成的表面等离子体激元耦合共振波导,利用传输矩阵及时域有限差分方法研究了不同增益系数下该耦合共振波导的透射谱线、色散关系以及群折射率.结果表明,增益介质共振频率附近的反常色散及正常色散变化能有效影响由共振波导几何结构决定的色散关系曲线,且具有相反的效果,分别使其变得平坦和陡峭,从而放大和缩小由共振波导几何结构决定的群折射率.另外,增益系数随外加抽运光改变的特点使得加入增益介质的耦合共振波导具有传输性能可灵活调节特性.文章的研究对促进耦合共振波导在高密度光学集成中的广泛应用具有积极意义. 关键词： 增益介质 耦合共振波导 表面等离子体激元 群折射率     

用有效折射率/有限元法设计1.55μmTi:LiNbO3单模条波导及其方向耦合器

应用有效折射率/有限元法(EI-FEM),考虑到LiNbO3晶体和Ti扩散的各向异性,折射率增量与寻常光、非寻常光及波长色散的关系,设计了1.55μm光波长下工作的z切y传播Ti:LiNbO3单模条波导的制备参数,计算和分析了其单模特性、模式场分布及其变化规律.扩展了EI-FEM,将其用于求解耦合波导系统,确定了方向耦合器的耦合长度及其波长色散特性.     

各向异性内包层对双包层光纤特性影响的分析

提出了单轴各向异性材料为内包层，且其主轴沿光纤轴线（z轴）方向的双包层光纤模型，推出了矢量模特征方程，重点研究了主轴折射率比kcl对波导色散的影响，针对从矢量模特征方程求解波导色散因表达式极为复杂而无法直接求解的困难，提出了一种求解波导色散的有效方法，研究结果发现可以在不改变光波导结构参量的条件下，通过改变kcl可有效地改变光纤的波导色散，也分析了kcl、几何参量S、光学参量R对低次模的传输和截止特性的影响。研究结果为获得更为理想的色散补偿、色散平坦光纤及设计新型无源光器件提供了重要的依据。     

周期结构薄膜在折射率色散下反射区特性研究

周期性结构是光学薄膜设计的基本物理模型,给出了反射区中心波长的一般性条件,研究了在膜层材料存在折射率色散情况下,等厚周期结构和非等厚周期结构的薄膜反射区中心波长与带宽特性.研究结果表明:在等厚和非等厚周期结构中,考虑膜层材料折射率色散与忽略色散情况相比,中心波长向长波方向移动,反射级次与相对波数的线性关系偏离;在薄膜光学厚度一定的非等厚周期结构中,高折射率层光学厚度大于低折射率层时,反射级次与相对波数的线性关系偏离度高;非等厚周期结构薄膜的带宽在低反射级次上小于等厚周期结构,同时膜层的色散对反射带宽影响不大.     

电光聚合物波导中的锥形结构

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接.锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构.宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换.劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作.研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率.结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37 dB,光纤-波导-光纤的连接损耗优于1.62 dB,对插入损耗的改善达到8.78 dB,模场转换效率达到了83.7%.     

非线性介质的表面等离子体波导设计和优化

设计了一种基于非线性介质Si-NC/SiO2的混合表面等离子体波导,利用有限元方法定量分析了这种波导所支持基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和有效面积与几何结构参数以及非线性介质的依赖关系.分析结果表明,光场主要被限制在非线性区域,通过调节非线性层的厚度以及非线性比例因子,可以实现模式的有效折射率和传播长度等传输特性参数的调节.固定非线性介质比例因子,有效折射率和传播距离随非线性层厚度增加而增大;固定波导尺寸,有效折射率随比例因子增大而增大,传播距离和有效面积较小.最后,根据分析结果对非线性效应进行优化,优化后波导最优结构尺寸为波导宽度为250nm,非线性材料层厚度为100nm,硅层厚度为150nm.     

含左手材料异质结构光子晶体的零平均折射率带隙的展宽

运用光学传输矩阵理论,研究了含左手材料一维二元光子晶体的禁带特性.提出了含左手材料的光子晶体异质结构中零平均折射率带隙展宽的方法.根据此方法设计的异质结构的光子晶体形成的零平均折射率带隙,与一维光子晶体零平均折射率带隙相比,零平均折射率带隙的宽度和相对带隙宽度可以得到显著的拓宽.而且它的零平均折射率带隙的边缘与TM波和TE波相关.这种特性在微型谐振腔、天线基片、同轴波导等方面都具有潜在的应用.     

转移矩阵法在负折射率介质材料平板波导中的应用研究

利用严格电磁理论，推导出了适用于负折射率介质材料光波导的转移矩阵，分析讨论了转移矩阵的性质和应用.利用转移矩阵方法，推导出导波层为负折射率介质材料、覆盖层和衬底为右手材料的三层对称介质光波导的本征色散方程.用图解法研究了负折射率介质波导中TE波的异常色散特性.在负折射材料介质波导中没有零阶模，最低阶为1阶模，并且有截止频率,只有波导参量满足一定条件的时候才会存在，导模的横向波数可以为实数和纯虚数，而正折射率介质波导导模的横向波数只能为实数.     

K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布,由色散曲线得到单模波导的制备条件(即扩散深度范围),从而得出单模波导的离子交换时间范围,制备出单模波导,并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码...     

高折射率芯Bragg光纤的色散特性研究

应用超格子模型分析了高折射率芯Bragg光纤的色散特性，讨论了Bragg光纤的色散的比例性质以及光纤的芯径、包层周期、填充率与波导色散的关系，并利用这些关系举例实现了Bragg光纤在1.55μm附近的宽带色散平坦. 关键词： Bragg光纤 模式 色散 波导色散     

离子交换KTP晶体光波导及其各向异性波导性能研究

采用离子交换法制备了Ｒｂ：ＫＴＰ晶体光波导，在不同波长的耦合光下测量了ＴＥ和ＴＭ偏振波导模式的有效折射率，拟合了波导层折射率的余误差函数分布，证明了波导折射率增量的各向异性，给出了其色散关系；最后计算并讨论了Ｒｂ：ＫＴＰ波导的扩散特性。     

硅基光波导化学传感器研究

研究了基于硅基集成光波导的马赫-曾德干涉仪(MZI)型化学传感芯片的设计、制备及相关敏感特性的模拟和分析.传感芯片采用硅基二氧化硅光波导材料,利用与传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)兼容的工艺技术制作.通过波导的单模设计以及对MZI结构的优化,获得了有效折射率分辨率达到10-7量级的高灵敏度传感芯片.作为化学传感器,把MZI的其中一臂设计成传感臂.并进行适当的表面修饰,可制作出高灵敏度的干涉型光波导化学传感器.最后,对该传感器的折射率分辨率、敏感特性等进行了分析、模拟,同时,对面临的关键问题进行了分析和讨论.     

具有任意槽的矩形波导栅慢波结构高频特性的研究

将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的色散和耦合阻抗均最弱，而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 矩形波导栅 任意槽 色散特性 慢波结构     

宽带多模光纤带宽优化技术研究

在实际预制棒生产中,由于生产条件以及制造工艺的原因,光纤预制棒的芯包层界面会出现不平滑、芯层折射率剖面曲线出现毛刺、凹坑或持续波动、偏离理想折射率分布、光纤中心出现凹陷或尖峰等预制棒折射率缺陷.本文在对宽带多模光纤的波导色散与材料色散进行深入的理论分析与计算的基础上,研究了光纤掺杂材料在温度、反应压力、反应浓度以及微波...     

质子注入掺镱磷酸盐玻璃平面光波导的近红外特性（英文）

在能量为(0.5+0.55)MeV和剂量为(1.0+2.0)×10~(16) ions/cm~2的条件下,通过氢离子注入制备了掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃波导,并研究了该波导在近红外波段的特性.棱镜耦合法测量的离子注入波导的导模的有效折射率与反射计算法计算的有效折射率基本吻合.通过模拟辐照引起的空位分布,探讨了离子注入平面波导的形成理论.利用FD-BPM对波导中的传播模式进行了模拟,结果表明高能量的氢离子注入掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃能够制备出近红外波导结构.