掺铒聚合物光波导放大器的数值分析

针对掺铒聚合物光波导放大器(EDWA),提出了一种基于Douglas离散格式改进的有限差光束传播法(FD-BPM)的数值计算方法。对每一传输步长结合多能级速率方程计算出EDWA中光场传输强度分布,及掺铒光波导放大器的增益传输特性。设计并研究了掺铒聚合物通道波导和Y形分束器的放大增益特性。在掺铒聚合物直波导中,Er3 浓度为9.0×1025ions·m-3,输入信号和泵浦光功率分别为1μW和2mW,其增益为1.6dB/cm;在掺铒聚合物Y形分束器中,输出信号光分束比相等,并能实现无损耗分束。     

一种带有支节的MIM型表面等离子体T型分束器

基于金属-电介质-金属结构,提出了一种带有支节的表面等离子体T型分束器,采用有限时域差分法研究其透射率与结构参量之间的关系.计算结果表明:改变T型波导中支节的宽度和长度,输出波导表面等离子体功率周期性变化;改变支节在T型波导支路中的纵向位置,金属-电介质-金属波导中表面等离子体分束比周期性变化;当分束比达到最大(或最小)时,T型分束器实现表面等离子体的定向传播.此外,采用表面等离子体干涉理论解释了分束比呈周期性变化的原因.     

不同结构SOI交叉波导的损耗及串扰特性研究

利用高阶Pade近似的2D-BPM算法,对具有不同弯曲半径及交叉角度的SOI弯曲交叉波导的传输特性进行了模拟、分析和深入研究,发现交叉波导的串扰随弯曲半径及交叉角度增大而减小的规律.在此基础上,对由正弦弯曲、余弦弯曲以及圆弧弯曲三种弯曲波导构成的SOI交叉波导的损耗及串扰特性进行了分析比较.结果表明,由正弦弯曲构成的交叉波导传输损耗最小且串扰最小.     

基于超薄金属薄膜的超宽频太赫兹分束器

提出了一种以聚酯薄膜作为支撑的超薄金属薄膜太赫兹分束器结构,建立了该结构的基于传输矩阵理论的分束模型,分析了不同厚度金属Cr膜和聚酯薄膜对超宽频段太赫兹分束器的反射率、透射率和分束比的影响.理论结果表明,太赫兹分束器的分束性能受金属Cr膜厚度的影响较大,而受聚酯薄膜厚度的影响较小.在此基础上,制备了不同厚度金属Cr膜的太赫兹分束器件,并进行了分束实验,获得了与理论分析一致的实验结果,确定了1∶1分束比下的器件结构参数.     

质子交换Y分支光波导弯曲损耗研究

对采用退火质子交换技术(APE)制备的具有正弦型弯曲和余弦型弯曲两种不同的S型弯曲的Y分支光波导,利用宽角有限差分光束传播法,就过渡区长度、波导表面折射率增量、掩模版开口宽度等对波导弯曲损耗的影响进行了研究。结果表明,两种S弯曲下的Y分支波导的弯曲损耗,随波导结构参数的变化基本上是相同的,但二者的表现并不完全一致。数值计算结果为相应波导器件的设计和制备提供了一定的参考。     

Y型光波导分束比和插入损耗测量技术研究

Y波导在集成光学系统中得到了广泛的应用,并拥有很大的潜力,近年来备受关注。因此了解它的各项指标至关重要。在Y波导的诸多指标中,分束比和插入损耗是2个重要指标。着重介绍了2个指标的测量装置及测量方法。对于分束比,分别采用波长为1300nm和1550nm的激光光源测量Y波导两尾纤的输出光功率。根据公式计算出分束比后,分析影响测量结果的主要因素,进行测量不确定度评定。对于插入损耗,主要是按照测量原理搭建测量装置,从理论上分析影响插入损耗测量的因素。通过对Y波导2个指标的测量,有助于更好地了解Y波导的性能。     

蝴蝶形中空表面等离子体波导的传输特性

本文设计了一种蝴蝶形中空表面等离子体波导,并对其传输特性进行了研究.采用频域有限差分法,对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何参数和工作波长的变化关系进行了分析.结果表明:沿纵向的能流主要分布在由四个圆洞所构成的上下两个尖角之间的区域,且越接近尖角,沿纵向的能流越大.对中空圆洞的半径、上下两排圆洞圆心间横向距离和左右两列圆洞圆心间的纵向距离进行调节,模式的有效折射率、传播长度和模式面积也随之变化.在工作波长确定的条件下,相对于b=r/4的情况来说,当b=r/2时,上下两个尖角之间的距离较大,场与金属的相互作用较弱,有效折射率就较大,传播长度也较大.在几何参数确定的条件下,相对于λ=705.0 nm的情形来说,在λ较大时,场的分布范围较大,场与金属表面的接触面积较大,场与金属的相互作用较弱,有效折射率较小,传播距离较长.与由两个和三个空心圆柱构成芯区的表面等离子体波导相比较,蝴蝶形中空表面等离子体波导具有良好的传输特性.如果在波导结构中心填充增益介质,可以克服较大的传播损耗,因此这种蝴蝶形中空表面等离子体波导可以用于光子器件集成领域和传感器领域.     

数值模拟二维间隙表面等离子波导传输特性

利用表面等离子激元的新颖特性,设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光,采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明:不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐射泄漏,90°直角弯曲间隙表面等离子波导的能量损耗主要来自于金属中的欧姆热损耗.在间隙达到40 nm以上后,当直行段的长度适当时,弯曲段的透射率较相同长度的直波导的透射率要大.T型光功率分配器在两输出波导的间隙宽度比达到0.6及以上时,不同于传统介质波导的分光原则,能量主要沿等效折射率较小的输出臂流出.当两输入光的相位反相时,T型光开关处于输出截止的状态,当两输入光的相位同相时,T型光开关处于输出导通的状态.所有波导间隙均小于衍射极限,实现了超衍射极限传播,可用于未来了超大规模集成光路中.     

数值模拟二维间隙表面等离子波导传输特性

利用表面等离子激元的新颖特性,设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光,采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明:不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐射泄漏,90°直角弯曲间隙表面等离子波导的能量损耗主要来自于金属中的欧姆热损耗.在间隙达到40 ...     

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.     

光子晶体定向耦合三波长功分器

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

Scalar analysis of arbitrarily shaped optical waveguides by full guided mode expansion method and optimized sine method

This paper shows that the full guided mode expansion method and the optimized sine method, with a rather rigorous procedure of determing the dimensions of reference waveguides, provide simple, fast and accurate way for the scalar analysis of arbitrarily shaped optical waveguides. Use of a smaller matrix results in good agreement with previous works.     

任意分配比的微波功率分配器

圆波导中TE11模式波的电场在波导壁上随角度按正弦(或余弦)变化.如果在其侧壁上沿径向接两根互相垂直的波导,波导绕轴转动时两根波导中所分配的功率将随旋转角度而变化.这样就可以设计出任意分配比的微波功率分配器.通过HFSS的模拟计算完成了该功分器的设计,同时设计了一个新型的圆波导TE11模式转换器.     

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.     

Plasmonic splitter based on the metal-insulator-metal waveguide with periodic grooves

In this paper, we have proposed a plasmonic splitter which is composed of a subwavelength slit and two different metal-insulator-metal (MIM) waveguides with periodic grooves. The slit is used to excite surface plasmon polaritons (SPPs) at certain wavelengths. By setting the SPPs resonance wavelengths of the slit as the Bragg wavelengths of MIM waveguides, the SPPs of different wavelengths are able to be confined and guided in the two different MIM waveguides. The numerical results of two-dimensional finite difference time domain (2D-FDTD) demonstrate that our proposed structure is capable of splitting light into two MIM waveguides.     

3 dB power splitter design based on coupled cavity waveguides

Using numerical simulations, we investigated the transmission properties for coupled cavity waveguides form in two-dimensional photonic dielectric rods in air with square lattice. The dispersion for the coupled cavity waveguides with different radius of the defects is given. The optimum design waveguide should be perfect transmission for pulse though with a quasi-flat dispersion band. Based on the coupled cavity waveguides, a 3 dB power splitter is designed. Our results may have an important role in the design of efficient power splitters in a photonic circuit.     

基于二维光子晶体点缺陷可调谐光功率分配器

在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除中间一排硅柱形成线波导,在线波导右侧引入点缺陷。利用时域有限差分法(FDTD)模拟仿真以及数值分析研究线波导中光耦合特性,计算出两个通道的分光比,发现改变光子晶体的温度可以明显改变这两个通道的光功率比。基于此结构,提出了一种新的光功率分配器,可以获得大范围的光功率比值,从1∶1～90∶1都可以通过改变光子晶体的温度来实现,并且当温度从0℃～200℃就可以实现这一功能,最后设计了一款三通道可调谐光功率分配器,通过调节两个点缺陷区域内温度来实现光功率的分配。     

四种非矩形截面传感波导中的TE波和TM波

用保角变换将非矩形截面传感波导变换成等效矩形截面波导．给出计算等效矩形截面波导的TE模和TM模、电磁场、临界频率、波导壁电流、功率传输和衰减的公式．并给出4种非矩形传感截面波导数值计算的例子．     

基于波导间能量耦合效应的光子晶体频段选择与能量分束器

基于波导间能量耦合效应的光子晶体功率分束器具有结构紧凑、带宽较宽、弯曲损耗低、分光角度大和不受外界电磁场干扰等优点.本文利用时域有限差分方法,理论研究了二维三角晶格光子晶体耦合波导的功率分束特性,设计得出了一种能够在宽频谱范围内针对不同频率区间实现不同分光比的功能器件.在此基础上通过改变耦合区介质柱形状以及输出分支波导与能量耦合波导的连接位置,最终针对三个相邻频率范围内的入射光信号,较好地实现了三均分、二均分、单一输出通道这3种能量分配输出模式.该功能器件具有透过率对比度高、结构紧凑等特性,对于发展全光功能器件在大规模全光复杂集成领域内的实际应用具有一定的促进作用.