多模光纤模式场群速与相速的关系

为了从理论上统一射线光学和导波光学关于多模光纤中各模式场传播过程中时延的论述,试从介质波导理论出发,根据模式的特征根U随光纤归一化频率R的变化关系,在弱波导近似下导出了描述模式场相速Vp与群速Vg关系的重要结果:Vp*Vg=(c/n1)2。根据这一结果可以得出结论:对于低阶模式,由于相速Vp慢,所以群速快;高阶模式其相速Vp快,所以群速慢。对于给定的光纤,利用射线光学和波导光学进行了带宽估计,2种理论计算结果的一致性,印证了上述关系的正确性。     

光耦合理论及其在通信元器件中的应用

运用矩阵光学中变换矩阵的理论,并以重叠面积积分的方法为基础,推导出了普遍适用于计算光在光通信元器件中光耦合效率的理论公式,可通过设置边界条件计算单模光纤、扩束光纤、半导体激光二极管以及光波导等不同光学元器件之间的耦合效率。导出了计算单模光纤之间和单模光纤与扩束光纤之间存在横向偏移、轴向偏移时的耦合效率理论通用公式。阐述了扩束光纤的制作方法及光在扩束光纤中的传播,并根据所推导耦合效率理论公式计算结果与单模光纤间和单模光纤与扩束光纤间的耦合实验数据进行了比较。     

非中心对称介质构成的光波导中的孤子传输

众所周知,由非线性Schr?dinger方程描述的光学孤子可以在光纤(由中心对称介质构成的光波导)中稳定传输。本文在理论上证明,在强色散的条件下,非中心对称介质构成的光波导中(比如薄膜波导,晶体光纤等),同样可传输这种光学孤子。由于定义了等效折射率系数,本文的结果还可用来讨论此类波导中与非线性折射率相关的其他非线性光学效应,比如自相位调制效应等。 关键词：     

光纤陀螺中的多功能集成光学芯片

介绍了多功能集成光学芯片在光纤陀螺中的应用。在光纤陀螺中采用了多功能集成光学芯片后 ,可以大大简化光纤陀螺系统的结构 ,缩小光纤陀螺的体积。光纤陀螺中的一些器件如相位调制器和光学开关、消光器甚至光波导谐振腔都可以集成在一个多功能集成光学芯片上。这样可以提高光纤陀螺的性能 ,增加其稳定性和可靠性 ,在某些特殊的设计中还可以对陀螺系统的误差进行补偿。     

基于光纤光镊的粒子捕获与操纵

光镊技术利用光的力学特性实现对微纳尺度物体的操纵,是研究自然科学中微观物质的重要技术手段.光纤光镊因其结构紧凑、便于集成、操作灵活、适用范围广等优点,成为广泛应用于光学捕获和光学操纵的工具.本文综述了近年来光纤光镊在微观粒子光学操纵方面的研究进展,以单模光纤、多芯光纤、环形芯光纤、同轴双波导光纤为例介绍了光纤光镊对目标粒子的捕获、旋转、输运、振动等操作,列举了光纤光镊技术在温度传感、染料激光器、粒径测量和粒子输运等领域的应用,并介绍了光纤光镊技术应用于光的波粒二象性演示实验的教学成果.     

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。     

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。     

面向光印刷电路板的聚合物光波导制备及性能研究

选用紫外固化型环氧树脂,采用光刻技术在FR-4基板上制备了平行排布的多模聚合物光波导。波导具有阶跃折射率分布,相邻波导间隔为250μm,可与并带后的50μm芯径多模光纤实现多通道低损耗耦合。通过搭建测试平台,对波导的插入损耗、串扰及错位容限进行了测量与分析。实验结果表明,所制备光波导的损耗小于0.05dB/cm,串扰小于-60dB。波导在错位容限方面性能良好,当输入端错位±5μm时,系统增加的插入损耗小于0.2dB。同时根据实际波导建立仿真模型,采用光束传播法分析了不同入射条件下的模式能量分布、差分模式延时及耦合效率。计算结果表明,使用与波导具有相近纤芯尺寸的入射光纤不仅可以减小耦合损耗和串扰,还能减少激发起的高阶模式数,提高波导的距离带宽积,优化光波导的综合传输性能。所制备的聚合物光波导作为组成光印刷电路板的核心光器件具有良好的应用前景。     

空间交叉波导耦合特性分析

由两根在空间呈X型放置的光波导组成的空间交叉波导结构是构成垂直耦合光分束器、垂直耦合光滤波器、垂直耦合光开关和垂直耦合上/下复用器等三维集成光学器件的基本结构单元.提出用一种等效模场匹配法分析空间交叉波导耦合特性,将矩形波导的场分布看成是对圆对称光纤场分布的微扰,解决了对角区场分布的表达,从而计算空间交叉波导的耦合长度,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果.将两种方法所得的空间交叉波导耦合长度加以比较,最大误差为1.2%,平均误差为0.9%.结果表明该等效模场匹配法具有精度高、运算速度快等优点,为基于空间交叉波导的三维集成光学器件的设计和分析提供理论基础.     

锥形脊结构半导体光放大器的有限元分析

为提高半导体光放大器与单模光纤耦合效率，建立了半导体放大器的锥形脊结构模型。在该模型下利用有限元数值模拟方法分析，计算了波导区折射率、锥尖宽度、条形波导尺寸、渐变折射率波导层对锥形脊结构模式扩展的影响。通过完善锥形脊结构参量的设计，获得了锥形脊结构半导体光放大器与单模光纤95％的耦合效率。     

GaAs脊型波导Mach-Zehnder干涉调制器

半导体电光波导调制器是半导体集成光学中具有代表性的器件之一,在光纤通讯、光信息处理等方面有着广阔的应用前景。它能和半导体激光器、探测器、电子线路等各种光、电元件实现单片集成,使设备和系统减少接口,缩小体积,提高可靠性。随着光通讯的发展,半导体调制器件的研究也越来越受到重视,在理论分析、结构设计、材料研制和器件工艺技术等方面也都取得了很大进展。由于GaAs材料具有良好的电、光性能,首先被用于制作GaAs光波导Mach-Zehnder干涉调制器中。     

GaAs脊型波导Mach-Zehnder干涉调制器

半导体电光波导调制器是半导体集成光学中具有代表性的器件之一,在光纤通讯、光信息处理等方面有着广阔的应用前景。它能和半导体激光器、探测器、电子线路等各种光、电元件实现单片集成,使设备和系统减少接口,缩小体积,提高可靠性。随着光通讯的发展,半导体调制器件的研究也越来越受到重视,在理论分析、结构设计、材料研制和器件工艺技术等方面也都取得了很大进展。由于GaAs材料具有良好的电、光性能,首先被用于制作GaAs光波导Mach-Zehnder干涉调制器中。     

互易波导模式耦合理论

波导中模式耦合是一种普遍的现象.在光纤通信中不同导模之间的耦合会引起串扰,导模和辐射模的耦合会降低导模的功率.另一方面,利用模式耦合现象能设计出具有特定功能的耦合器和分束器等光学器件.模式耦合在光纤通信和光纤传感中也具有广泛应用.因此,分析研究波导模式如何耦合具有重要的应用价值.模式耦合理论是研究波导中模式耦合的常用方法,不仅提供了一种直观的物理图景来描述光学模式如何杂化,而且还对相关模式如何杂化给出定量评估.近年来,以宇称时间对称性结构为代表的非厄米波导成为研究热点,但传统模式耦合理论在这种情况下不再适用.本文简述了模式耦合理论的发展历史,详细介绍了构造互易波导模式耦合理论的关键概念和方法,进一步回顾了在波导模式耦合理论方面的一系列代表性工作,尤其是手征对称模式耦合理论以及广义模式耦合理论,总结了这些模式耦合理论和传统模式耦合理论之间的联系,最后简单介绍了它们在宇称时间对称波导及各向异性波导中的应用.     

质子交换LiNbO_3光波导

本文全面系统地综述了质子交换LiNbO3光波导的机理、结构特征和光学性质。描述了掺杂LiNbO3质子交换波导的特征 ,并与纯LiNbO3光波导进行了比较     

质子交换LiNbO_3光波导

本文全面系统地综述了质子交换LiNbO3光波导的机理、结构特征和光学性质。描述了掺杂LiNbO3质子交换波导的特征 ,并与纯LiNbO3光波导进行了比较     

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。     

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。     

质子交换LiNbO3光波导

本全面系统地综述了质子交换LiNbO3i光波导的机理、结构特征和光学性质。描述了掺杂LiNbO3质子交换波导的特征,并与纯LiNbO3光波导进行了比较。     

在一种新的聚合物材料上刻写正弦相位波导光栅及其特性研究

用双光束干涉法在一种新的聚合物材料IAC-4上刻写正弦相位型光栅,实现了光栅耦合光波导,并研究了该光波导对不同偏振态的入射光的传播特性,对光栅的形成进行了理论分析,对光波导的传播常数进行了数值计算,并对该波导光栅在导光的光强调制和方向控制及其在集成光学方面的应用进行了讨论,最后对任意入射角的光栅方程进行了理论探讨. 关键词： 波导光栅 有机聚合物 平板光波导 集成光学     

94 GHz TE_(6,2)模式Denisov辐射器的研究

准光辐射器是回旋管内置准光模式变换器的重要组成部分.采用几何光学理论分析了圆波导中高阶旋转模式电磁波的准光传输特性,分析了螺旋非规则光滑圆波导中电磁波的传输和模式耦合机理,推导任意扰动的圆波导内模式间的耦合波方程及其相关系数.根据耦合波理论编制准光模式变换器的数值计算程序,分析了Denisov型辐射器内激励起的波导模式的功率分布规律和波导壁上的纵向磁场分布,以及辐射器螺旋切口的辐射场的分布和辐射波束的特征,并采用三维全波仿真软件进行对比模拟.优化了工作频率为94 GHz,TE6,2模式的Denisov型辐射器,其输出功率效率高达98%;加工成实物并内置于回旋振荡内进行热测实验,在回旋管的输出窗处获得了高斯分布的烧斑图.此结果表明测试结果与计算基本一致.