集成光学 集成光学、波导理论

TN252 2005064254 3个非平行波导间的耦合=Coupling among threc nonpar allel waveguides[刊,中]/贾玉斌(北京大学微电子研究院． 北京(100871))∥光学学报．-2005,25(9)．-1161-1165 提出一种分析非平行波导的简明方法-耦合系数推 广法,把非平行波导几何图形的变化直接转化成波导耦合 系数中波导间距的变化,即对耦合系数进行了巧妙的推     

两个非平行波导间的能量转换

提出一种分析非平行波导间耦合的简明方法-耦合系数推广法.利用这种方法,导出一种新的非平行双波导的耦合方程,由此得到一组非平行波导耦合的完美的分析解,依据这些分析解可以优化非平行波导的传输距离、输入／输出端口波导间距和夹角.     

非平行波导耦合理论研究

利用耦合模理论对非平行波导耦合特性进行了研究，得到了非平行波导的普遍性耦合方程及耦合系数表达式.进一步采用小角度近似，给出了几种情况下的计算结果，并与目前报道的利用其他方法计算的结果做了比较.研究表明，不同方法得到的波导中光功率虽然在远距离处都趋于稳定不变，但稳定功率的大小有明显的差别；另外由新提出方法得到的近距离处光功率随着传输距离的起伏变化更为明显.由于该方法同时考虑了非平行波导中光场相位和振幅对耦合方程和耦合系数的影响，因而所得结果能更全面地反映非平行波导的耦合特性，对实际应用更有意义. 关键词： 非平行波导 耦合方程 耦合系数     

二维光子晶体平行多波导的传输光谱研究

采用时域有限差分法研究二维光子晶体两平行直波导以及三平行直波导的传输特性。计算结果表明,两平行波导在不同的频率范围内表现出不同的耦合特性：在高频段两波导表现出相互的能量交换,实现光耦合,而在低频段传输谱图重合,各波导传输光强均为入射光强的二分之一;对于三波导系统,发现在不同的频率范围内主波导与两耦合波导之间也表现出不同的耦合特性：在高频段两耦合波导与主波导实现光耦合,而在低频段两耦合波导与主波导的传输谱图同步变化,耦合波导的传输光强均约为入射光强的四分之一。     

星形光波导耦合器的耦合特性分析

根据TE0模光波导的本征场分布、瑞利索末菲标量衍射积分公式和激励源与光波导耦合的匹配效率公式,给出光波导端面衍射和耦合的归一化发射系数和接收系数计算公式,推导出光波导端面非接触耦合的耦合效率计算公式。光波导模场分布采用高斯函数近似表达,给出简洁的计算光波导端面非接触耦合的耦合效率函数表达式。最后,基于星形光波导耦合器结构参量的特点,将累加运算采用积分运算近似表达,给出星形光波导耦合器接收光波导总的接收效率与耦合器基本参量的关系,阐明了星形光波导耦合器的耦合特性。     

变耦合系数非线性三波导定向耦合器特性研究

报道了对高斯型及指数型变耦合系数三波导耦合器的一些重要的全光开关特性进行的研究。利用四阶龙格一库塔方法对指数型和高斯型两类变耦合系数三波导耦合器进行了数值计算。数值计算结果表明：对于变耦合系数三波导耦合器而言,功率可在波导1与波导3之间100％转换,而波导2则不可能达到100％的功率输出。与双波导变耦合系数耦合器相比,在相同的最大耦合系数情况下三波导变耦合系数耦合器开关曲线要更陡一些．即具有更好的开关特性。与平行三波导耦合器相比,变耦合系数三波导耦合器作为光开关的最大优点在于开关曲线中不存在振荡。     

基于3D-VTGM-SBPM平行定向耦合器模拟研究

提出基于变量变换伽辽金法的三维半矢量束传播法(3D-VTGM-SBPM),可直接应用于三维光波导器件的光波传输模拟.采用适当的变量变换，将三维半矢量BPM基本方程归结为一阶常微分方程组，避免了非物理反射且能反映模场的偏振特性，成功的分析了基于脊形光波导的平行定向耦合器的光波传输特性.     

微环耦合谐振光波导中的色散控制模型与数值仿真

本文利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导的色散关系,讨论了耦合损耗、传输损耗及耦合系数对微环耦合谐振光波导色散的影响,改变耦合损耗、传输损耗及耦合系数可控制其色散曲线的形状、位置、以及带宽,色散曲线的变化及控制对微环耦合谐振光波导在滤波、光信号延迟及缓存等方面的应用有重要意义. 关键词： 光波导 微环光波导 传输矩阵法     

基于弱耦合模理论的空间多波导耦合特性研究

不在同一平面的空间多波导中光耦合发生在横截面两个方向,利用空间多波导可以方便、有效地实现不同层间器件的互连。将平面波导耦合模理论推广到空间多波导之间的耦合,在弱导引条件下给出了空间多波导的耦合方程。利用该耦合方程对三维集成光学器件中常见的空间三波导和空间四波导的耦合特性进行分析,得出光强分布及耦合长度的解析表达式,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果。分析结果表明利用空间多波导可以实现水平和垂直两个方向上的均匀或非均匀分束,为利用空间多波导之间相互耦合的三维定向耦合器件的设计和分析提供理论基础。     

光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输线性特性的数值仿真

利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导色散关系的一般表达式,并由色散关系出发讨论了光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输时的线性特性,包括带宽、群速度、色散和线性相位变化,这些特性对微环耦合谐振光波导在光通信和光传感领域的应用有重要意义. 关键词： 微环光波导 光脉冲线性特性 传输矩阵法 数值仿真     

Semi-Analytical Simulation of Titanium-Indiffused Lithium Niobate-Integrated Optic Directional Couplers Consisting of Curved Waveguides

Integrated optic directional couplers consisting of curved waveguides are simulated analytically by solving the Riccati equation. The coupling coefficient between the curved waveguides with a parabolically varying gap and the condition of total power transfer between the waveguides are derived. In order to compute the overall coupling coefficient and hence the power distribution along the waveguides for Ti:LiNbO₃ curved waveguide directional couplers, the coupling coefficient for straight waveguide couplers is computed for different gaps using the effective-index-based matrix method (EIMM). Finally, the power distribution in the curved waveguides along the length is computed. The method is mostly analytical except the effective-index method and is computationally simple.     

Semi-Analytical Simulation of Titanium-Indiffused Lithium Niobate–Integrated Optic Directional Couplers Consisting of Curved Waveguides

Integrated optic directional couplers consisting of curved waveguides are simulated analytically by solving the Riccati equation. The coupling coefficient between the curved waveguides with a parabolically varying gap and the condition of total power transfer between the waveguides are derived. In order to compute the overall coupling coefficient and hence the power distribution along the waveguides for Ti:LiNbO ₃ curved waveguide directional couplers, the coupling coefficient for straight waveguide couplers is computed for different gaps using the effective-index-based matrix method (EIMM). Finally, the power distribution in the curved waveguides along the length is computed. The method is mostly analytical except the effective-index method and is computationally simple.     

快速计算阵列波导光栅波导耦合系数的修正重叠积分方法

提出了一种修正的重叠积分方法用以计算阵列波导光栅(AWG)波分复用器件中光从自由传输区域到阵列波导的耦合系数,并和光束传播法(BPM)数值方法计算得到的结果做了比较通过比较分析,得出结论:当波导中心距不是太小时,用修正重叠积分这一快速方法是合适的.     

一种水平变化波导中声传播问题的耦合模态法

针对介质参数及海底边界水平变化波导中的声传播问题,本文基于多模态导纳法提出一种能量守恒且便于数值稳定求解的耦合模态方法.将声压表示为一组正交完备的本地本征函数之和,对声压满足的Helmholtz方程在本地本征函数上作投影,推导出关于声压模态系数的二阶耦合模态方程组.耦合矩阵直观描述水平变化因素对模态耦合的贡献.为避免直接求解二阶耦合模态方程组可能遇到的数值发散问题,将其重构为两个耦合的一阶演化方程组,引入导纳矩阵并使用Magnus数值积分方法获得稳定的声场解.利用该耦合模态方法数值计算水平变化波导中的声场,并与COMSOL参考解比较,结果表明该耦合模态理论能够精确求解水平变化波导中的点源及分布源传播问题.     

太赫兹金属线波导耦合模理论研究(英文)

基于耦合模假设,研究了描述两太赫兹金属线波导之间耦合特性的耦合模理论.通过采用与光波导耦合模理论等价的近似,研究得到了耦合方程和耦合系数表达式.进而,研究得到了两个相同金属线波导的耦合方程解及耦合特性.所提出的理论对于描述两金属线波导之间的能量传递具有重要的意义.     

An assessment of coherent coupling through radiation fields in time varying slab waveguides

This paper presents an analytical methodology for analysing two-dimensional, dielectric slab waveguides where the guiding region is subject to abrupt and arbitrary temporal changes in permittivity. The methodology solves Maxwell’s equations in the frequency domain and recovers the solutions for the guided and radiation fields in the time domain using the Laplace transformation (LT). Explicit separation of the complete field solution into a set of guided modes and a radiation field continuum provides a clearer insight into the transient effects present in time-varying dielectric waveguides. In particular, the method is used to assess and quantify the impact of coherent radiation field coupling for arbitrary time variation of the waveguide permittivity.     

平行光子晶体波导的传输特性及应用

采用时域有限差分法研究两平行光子晶体波导的传输特性及模场分布,利用耦合模理论计算光子晶体波导的耦合系数。计算结果表明,在不同的频率范围内两平行光子晶体波导之间表现出不同的耦合特性:在高频段(0.32~0.44)(ωa/2πc)的范围内两直波导表现出相互的能量交换,实现光耦合,耦合系数随入射波 频率增加而减小;而在低频段(0.29~0.32)(ωa/2πc)的范围内,两波导的传输谱图几乎重合。最后,提出一种采用固定波导耦合长度同时实现光分束及光均分器的方案,当耦合长度取34a时,可将频率为0.333 (ωa/2πc)和 0.357(ωa/2πc)的两入射波分束传播,同时将低频段中的任意频率波进行能量均分。     

Packing density of conventional waveguides and photonic crystal waveguides

We compare coupling between parallel waveguides within one-dimensional photonic crystals and coupling between conventional waveguides. We consider the situation in which coupling between the waveguides is minimized, so that light in the waveguides propagates essentially independently. Subject to this condition, we compare the minimum mutual distance between conventional planar waveguides and waveguides in one-dimensional photonic crystals. We find that the packing densities of the conventional and periodic structures are comparable.