弯曲波导研究进展及其应用

本文主要分析了弯曲波导损耗机理,包括传输损耗、辐射损耗、模式转换损耗。重点综述了设计低损耗弯曲波导的方法,包括波导材料、弯曲波导的曲线形状、波导种类、脊型波导的宽度、脊高、弯曲半径、模场分布、弯曲波导曲线形状和其他新型波导结构等。简要概括了近年来设计和制备低损耗弯曲波导的代表性工作。介绍了弯曲波导在集成光学中的应用。通过对弯曲波导的损耗及耦合机制理论的不断完善,实现光在较小弯曲半径的低损耗传输,从而提高集成光学的集成度是弯曲波导今后的发展趋势。     

利用耦合波导列提高光子晶体波导辐射

将耦合波导列应用于光子晶体单模波导，提出一种提高光辐射的光子晶体结构. 基于时域有限差分方法的理论研究表明，当将耦合波导列附加到单模光子晶体波导出口端的适当位置，使出射光分成若干强弱不一的光束，这些光束在传播空间通过干涉形成一定程度的汇聚，大大提高了光子晶体波导在水平方向的光辐射效率. 另外，当耦合波导列的行数大于某固定值(2N=8)时，辐射质量基本保持不变，由此可获得最紧凑的器件结构. 这种类型光子晶体在近场光学和集成光学等诸多方面有潜在的应用价值. 关键词： 光子晶体波导 光辐射 波导列 耦合波导     

基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗，设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD-BPM)进行了模拟分析，发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关，并给出了条件表达式及其详细说明。     

一种温度不敏感型阵列波导光栅的研究

研究了的一种新型温度不敏感型阵列波导光栅(AWG)。该新型温度不敏感型阵列波导光栅的波导采用混合材料的波导结构，该混合材料波导通过在石英波导芯层上旋涂聚合物材料的上包层，达到改变波导温度特性的目的，使得阵列波导光栅的温度敏感性降低。通过理论分析和有限差分方法研究了其中两种结构：三层混合材料波导构成的阵列波导光栅和四层混合材料波导构成的阵列波导光栅，计算了该新型温度不敏感型阵列波导光栅的温度特性。结果表明，在一定的设计下，温度变化0～50℃时，这两种温度不敏感型阵列波导光栅的最大波长漂移量小于0．03nm，不到无温度控制时常规阵列波导光栅最大波长漂移量的4％。     

扩散平板光波导的等效阶跃平板波导方法

本文引入一种研究扩散光波导传播特性及设计计算的新方法——等效阶跃平板波导方法.建立了扩散平板光波导的等效阶跃平板波导模型,进行了一系列的模拟计算,得出了一系列波导传播参量、结构参量与工艺参量之间的关系曲线.这些曲线对于扩散平板光波导的设计计算、工艺参量选择等具有重要指导意义.     

高折射率厚平面光波导与光纤的水平耦合技术研究

光纤与平面光波导高效耦合是光波导器件互联设计中的重要环节,常用的倒锥波导已经解决了光纤与波导芯片之间的模式不匹配问题。然而,高折射率差波导与光纤耦合时通常需要较小的尖端尺寸(<180 nm),加工复杂且波导易坍塌。设计了一种宽波段(可见光和近红外波段)光纤-波导水平耦合器,通过引入聚合物SU-8锥形结构,提高了三端口分支波导的线宽,实现了850 nm波段超过300 nm的1 dB有效带宽。     

同轴转弯波导的设计与实验研究

提出了一种同轴转弯波导。介绍了该同轴转弯波导的基本原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的同轴转弯波导,并对此同轴转弯波导进行了实验研究。实验结果表明:同轴转弯波导在中心频率4.0 GHz下,传输损耗约为0.17 dB,驻波系数为1.2;在3.8~4.2 GHz的频率范围内传输损耗小于0.2 dB,驻波系数小于1.25。同轴转弯波导内部无介质支撑,且体积小,结构简单,易于实现,适用于高功率微波馈线系统中的同轴波导的转弯和连接。     

二维三角晶格光子晶体波导的辐射特性

利用二维三角晶格光子晶体,设计了一种能够提高波导辐射效率的光子晶体结构。通过在单波导出口端级联一耦合波导列的方式形成一种复合式结构,利用时域有限差分法研究了该结构的光辐射特性。结果表明,采用级联波导列的结构能有效提高光辐射效率。进一步对器件进行了优化,使级联波导列与单波导之间的距离为1.8a,波导列横向和纵向的周期数分别为6和5,辐射效率可达到最大值,在辐射距离为100a处,辐射功率可达到20%以上。该类型光子晶体器件在近场光学和集成光学等方面有潜在的应用价值。     

弱限制波导的光线量子力学分析方法

根据光线量子理论验证了弱限制波导条件等效于光学中傍轴近似，可将量子理论方法移植到光波导中，并对光线量子力学方法在光波导中应用的物理意义进行了分析和讨论。     

毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计

折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接,通过等效电路分析与电磁计算软件模拟,设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构,分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明,经过合理优化的设计,3种过渡结构均可以使反射系数在28~40 GHz波段小于0.05。     

Propagation and radiation characteristics of the circular electric, circular magnetic and hybrid waveguide modes

The field distributions and propagation constants of the circular electric, circular magnetic and hybrid modes of oversized waveguides are expressed, taking the effects of walls into account. These effects are described by wall functions which depend on surface impedances of the wall, and are determined for different types of guides. The near and far field patterns are derived in the case of real wall functions. It is shown that, for very oversized waveguides, the terms containing wall functions can be ignored in the calculations, and it results that the expressions of fields and propagation constants become independent of the types of waveguides. An application to corrugated waveguides for Electron Cyclotron Resonance Heating experiments shows the variations of the radiation characteristics versus geometric parameters of the corrugations and determines the ranges of interest for these parameters.     

金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗

用金属包层介质光波导损耗的微扰理论及藉助多层近似法用递推公式分析渐变折射率波导传播常数的方法,对几种类型的金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗进行分析和讨论,得到了与精确数值计算结果相吻合的结果.     

Optical propagation of the HE11 mode and Gaussian beams in hollow circular waveguides

The propagation of the HE₁₁ mode and Gaussian beams in hollow oversized circular waveguides is analyzed using optical theories. Different types of waveguides are considered : hollow dielectric or conducting waveguides, dielectric-lined waveguides, corrugated waveguides. General formulas are derived which give the power transmission through these different guides. The best wall materials and structures are determined from a comparison of the waveguide transmissions, at the infrared and millimeter wavelengths. The question of the coupling between the HE₁₁ mode and Gaussian beams is discussed and from a review of coupling coefficients derived before, an optimum value is pointed out. The problem of matching a Gaussian beam into circular waveguides in order to achieve the maximum power transmission is analyzed. These results are of interest for infrared lasers or waveguide applications and for Electron Cyclotron Wave (ECW) systems at the millimeter wavelength.     

Coupling between gaussian and guided modes at the input and output of oversized circular waveguides

The coupling between a gaussian TEMoo bearn with HE 1m modes for dielectric waveguides and TE1m and TM1m modes for metallic waveguides is analytically studied. An optimization method allows to know HE11 or TE11 modes create gaussian TEMmm bearns at the output of the waveguide.     

多层线型分割法分析渐变型平板介质波导

提出了一种求解渐变折射率平板光波导的传播常数和场强分布的数值计算方法,计算了几类典型的渐变折射率波导的传播常数数值,并与其它方法进行了比较,结果表明,该方法计算的精度极高,速度较快,有实用价值.     

Power handling capability of dielectric-coated,metallic, hollow waveguides for CO2 laser light

A theoretical analysis has been carried out to evaluate the power handling capability of hollow waveguides for CO₂ laser light. Dielectric-coated metallic waveguides are shown to transmit much higher powers than conventional metallic waveguides.     

New waveguide modes in anisotropic structures

The existence of new hybrid waveguide modes of properly tailored integrated optical waveguides consisting of ultrathin films clad by positive birefringent media is pointed out.     

确定介质波导导模折射率的一种新方法

介绍一种确定平面介质波导导模折射率的新法，它是Ｒｕｓｃｈｉｎ－Ｌｉｔ计模法的推广，与计模法有关的半相位移关系得到完善，本文还给出新法在几种有代表性波导中的应用和计算结果。     

Analysis of ARROWs with thin cores

The paper provides theoretical analysis of planar antiresonant reflecting optical waveguides (ARROWs) with thin cores. It is shown that the appropriate choice of the cladding system parameters enables fabrication of thin-core ARROWs with all desired properties, such as low-loss single-mode operation and high refractive-index sensitivity of ARROW mode attenuation.