亮孤子在宇称时间对称波导中的传输和控制

基于光波在宇称-时间(PT)对称波导中传输的理论模型, 数值研究了亮孤子在呈高斯分布的PT对称克尔非线性平板波导中的传输和控制. PT对称波导, 要求波导的折射率分布呈偶对称, 而增益/损耗分布呈奇对称. 结果表明: 当波导的折射率分布强度为正时, PT对称波导的中心折射率最大, 即使没有自聚焦克尔非线性效应, PT对称波导也可以束缚光波, 形成波浪形光束且长距离传输; 当折射率分布强度为负时, PT对称波导的中心折射率最小, 光波的传输方向发生偏移. 而增益/损耗分布可控制光波的偏移方向: 增益/损耗分布强度为正, 光波向左偏移; 强度为负, 光波向右偏移; 强度为零时, 光波被分为两束. 且当折射率分布强度为负时, 可以很好地抑制相邻亮孤子间的相互作用. 该研究结果可为未来PT对称波导在全光控制方面的应用提供一定的理论依据.     

As2S8玻璃条形波导的光激励法制备技术研究

为了在As2S8薄膜中制备条形波导,实验研究了As2S8薄膜光致折射率变化和密度变化的现象,采用棱镜耦合、X线衍射和远红外反射光谱等测试技术,确认了As2S8薄膜经紫外光辐照后薄膜密度增高、折射率增大的现象。采用可见光吸收谱测试技术,确认了经紫外光辐照的As2S8薄膜不发生黑化现象。在归纳了实验规律的基础上,提出并采用紫外光激励的方法试制了As2S8条形波导,采用自动调芯端面耦合的方法激励As2S8条形波导的导模,结果显示该波导具有良好的导波特性。     

Fabrication of defocus graded-index optical waveguide for evanescent wave optical amplifier

This is the first report on an evanescent wave optical amplifier with a plastic waveguide that can amplify a CW signal transmitted by a plastic optical fiber. The waveguide with a concave refractive index distribution was fabricated by an interfacial-gel polymerization technique. Since the waveguide increases the number of reflections at the boundary surface of the waveguide and the laser dye solution, the enhancement of amplification efficiency can be realized. The function of the fabricated waveguide was confirmed by calculations and experiments. The obtained results indicate that the fabricated fiber generated a larger evanescent field than the waveguide without a refractive index distribution.     

γ辐射对光纤波导电磁场分布的影响

开展了光纤波导中的电磁场传输理论分析,得到了光纤折射率变化对波导中电磁场分布的影响规律,建立了块状融石英材料及光纤光栅在60Co 辐射作用下折射率变化的测量系统,开展了折射率随辐射剂量变化及光纤模场测量实验。结果表明:光纤的折射率随辐射剂量的增加而增大,折射率的变化会引起波导中传输模式的场强分布变化,从而导致光纤的辐射感生波导损耗;在一定的辐射剂量范围（0～2000 Gy）内,光纤仍满足弱导边界条件,能够维持对传输模式的约束能力。     

Ag-Na离子交换玻璃波导的折射率分布研究

用Ag-Na离子交换技术制备了玻璃平面波导.通过棱镜耦合技术测量了波导的模折射率,用反WKB方法拟合得到了平面波导的折射率分布为高斯分布.发现Ag-Na离子交换的扩散系数与交换时间有关,并且随着交换时间的增加而减小.使用随离子浓度变化的扩散系数求解扩散方程得到了玻璃内部Ag离子浓度分布,并通过SEM谱证实了求解的正确性;使用一次多项式模拟的方法求解折射率变化与Ag离子浓度变化之间的关系,得到了平面波导的折射率分布.与反WKB法只能获得多模离子交换平面波导的折射率分布相比,这种方法可以得到任意扩散时间下折射率变化与Ag离子浓度,可以获得单模平面波导的折射率分布.     

Mode field distribution of an integrated-optical waveguide generated by UV-laser radiation at the surface of a planar polymer chip

An integrated-optical strip-waveguide is directly written into the surface of a planar polymer substrate by an excimer laser beam. The mode field distribution, the surface refractive index and the refractive index depth profile of the waveguide have been examined. The intensity distribution of the mode field strongly depends on the refractive index depth profile, on the light coupling conditions and on the waveguide fabrication process parameters.     

Mode dispersion characteristics of graded-index optical waveguides

A method to compute the propagating modes of graded index waveguides with an arbitrary refractive index distribution is proposed, based on the variational method applied to the integral wave equation. The method is applied to two refractive index distributions: a Gaussian index distribution and a complementary error-function index distribution. The results are compared with the predictions of perturbation analysis and are experimentally verified by measuring the mode spectrum of a Ti-diffused LiNbO₃ waveguide.     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

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.用普通数码相机,通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.     

两介质波导的最小中心间距

根据波导的耦合模理论,推导出两介质波导单位长度串扰的表达式,并在一定串扰的前提下,定义了两介质波导最小间距和最小中心间距,提出采用最小中心间距做为衡量波导集成度的参量.分析了波导尺寸及折射率差对最小间距、最小中心间距的影响.分析和模拟结果表明:折射率差越大,两波导最小间距、最小中心间距越小;在大折射率差的条件下,两波导最小间距可以降低到1 μm以下;在给定的工作波长、折射率分布的条件下,两介质波导的最小中心间距存在最小值.     

Modal Characterization of a Planar Waveguide in Bismuth Borate Crystal

We report on the fabrication and modal property studies of planar waveguide structure in x-cut bismuth borate biaxial crystal formed by He ion implantation with triple energies. The prism coupling method is used to measure the effective refractive indices of this waveguide. We reconstruct the refractive index distribution of this waveguide by the reflectivity calculation method. Our results indicate that a broadened optical barrier is produced by the multiple He ion implantations. The so-called tunneling effect of the non-stationary mode in this type of barrier waveguide is presented by the well-known finite difference beam propagation method.     

一种适用于任意折射率分布的等效折射率方法

提出了一种新的等效折射率方法,可以将光波导的两维折射率分布精确等效成一维折射率分布。从波动方程出发,通过严格的数学推导,得到了一维等效折射率分布的表达式。该等效折射率分布由二维光波导的模场分布和折射率分布决定。在此等效过程中,几乎无任何近似,因此具有比传统等效折射率方法(EIM)更高的精度,而且不受波导截止条件的限制,并适用于任意的折射率分布结构。以SOI(silicon-on-insulator)脊型光波导为例,给出新方法的一个具体等效实施过程,比较了新方法与传统等效折射率方法计算得到的等效模场分布及等效折射率,结果显示本文方法的有更高的计算精度。最后,文中给出了一个利用这种等效方法计算弯曲波导损耗的例子。新方法可以使对三维结构(截面为任意折射率分布)的模拟简化成二维模拟。     

基于离子交换条波导的生物溶液浓度传感研究

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法,给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件,导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解,拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决,样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上,试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构,验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液,最低检测限为0.1 μM,实现了低浓度微量测试,验证了条波导传感机制的有效性.     

新型聚偶氮苯取向增强光折变效应及全息存储

合成了新型偶氮分子偶氮二苯胺ADPA(Azo-diphenylamine),将其掺入聚乙烯咔唑Poly(N-Vinylcarba-zole)(PVK)和聚丙烯丁酯(Poly-butylacrylate)(PBA)的聚合物(PVK-PBA)以及三硝基芴酮2,4,7-trinitro-9-flu-orenone(TNF)聚合制成薄膜器件。结果表明掺杂偶氮苯聚合物薄膜在非共振吸收下具有强的光致取向增强光折变效应。光致折射率变化值Δn达到1.3×10-3以上。样品在两相干光束作用下,可建立光折射率光栅,其衍射效率可超过30%,实现了光全息存储。讨论了影响折射率光栅的因素,并对全息存储相关结果形成的机制进行了分析。     

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%.     

梯度折射率非局域介质中空间孤子振荡行为研究

应用等效粒子近似方法研究了光学空间孤子在带有局域和非局域非线性横向非均匀介质中的传输动力学行为.发现孤子在传播过程中横向的周期性振荡.折射率调制幅度和波导的归一化宽度决定了振荡周期的大小.介质的非局域对振荡振幅有着较小的影响.模拟了孤子传输过程,所得数值结果与理论分析符合很好.此外,模拟传输还发现多孤子束缚态能够在这个模型中稳定传播.这种振荡特性或许可以应用于光学路由器、转换器、开关等.     

Analysis and Determination of Refractive Index Profiles of O^2＋ Ion-Implanted LiNbO3 Planar Waveguide Using Etching and Ellipsometry Techniques

The refractive index profiles of 3 MeV O^2＋ ion-implanted planar waveguides in lithium niobate are reconstructed based on etching and ellipsometry techniques. SRIM2003 code is used to simulate the damage distribution in waveguide. It is demonstrated that the index profile of this kind of waveguide, extending to several micrometres in depth, can be determined by etching in combination with following ellipsometric measurements. A good agreement is found between the simulated damage distributions in waveguide and the index profiles based on experimental data, and the width of refractive index barrier is wider than the result of SRIM2003.     

掺半导体玻璃(SDG)波导非线性饱和的导波测量方法

掺半导体玻璃波导的折射率分布是通过多模波导有效折射率测量得到的.当耦合进入波导的激光功率密度变化时,可在不同模深度处,测量到波导的非线性折射率系数,并获得波导非线性折射率系数与功率密度的关系.从而得到波导的非线性饱和值为1.54×10-4.     

聚合物波导M-Z调制器TM模的泰勒级数展开法研究

根据聚合物脊型波导的结构特点,利用有效折射率法求出其横向折射率分布,将三维传播转化为二维传播,并从标量波动方程出发,在傍轴近似的情况下,采用Crank-Nicholson差分格式,得到了泰勒级数展开法基本计算格式,并对算法进行了适当优化;通过对Mach-Zehnder光波导TM模的模拟,分析了各种参数对损耗的影响。结果表明：泰勒级数展开法具有精度高、稳定性好、算法简单、易于编程等优点,是一种比较理想的光波导数值分析方法,可为聚合物电光调制器的设计制作提供理论参考。     

反WKB方法的改进

改进了用于确定渐变平面波导折射率分布的反WKB方法。这种渐变折射率分布是从在WKB近似的条件下得到的本征方程用数值方法求得的。用改进的反WKB方法计算3种(指数、高斯和阶跃函数)折射率分布，结果验证了该方法的有效性。先用最小二乘法拟合测量得到的有效折射率。进而求出有效折射率函数，再利用改进的算法分布计算出各自的折射率分布。计算结果同精确值吻合得很好。计算出的波导表明折射率同精确值的绝对误差约为0．1%。