Ta2O5平面波导湿度传感器的研究

本文从应用的角度介绍平面波导传感器的概念及制备方法，在实验的基础上分析和讨论了Ｔａ２Ｏ５平面波导湿度传感器的原理，结构与特性测试方法，为开展集成光学平面波导传感器研究提供理论与技术依据。     

硅基二氧化硅波导和SOI脊型波导应力双折射研究

采用有限元方法分析了硅基二氧化硅波导和SOI（Silicon on Insulator）脊型波导内部残留热应力引起的双折射.对于硅基二氧化硅波导，应力双折射系数的数量级为10－4，对于上包层为空气的SOI脊型波导，该系数的数量级为10－5，对于上包层为SiO2的SOI脊型波导，该系数的数量级为10－3，可见在硅基二氧化硅波导和上包层为SiO2的SOI脊型波导中产生了大的应力双折射，而在上包层为空气的SOI脊型波导中应力双折射较小.     

聚合物波导制备研究

研制出可行的聚合物光波导制备工艺，采用极化电光聚合物NAPA3做芯层和CL－1做包层制作出脊型结构聚合物光波导，波导通光情况良好。     

带有锥形增益区14xxnm 量子阱激光器的研制

利用MOCVD生长了14xxnm AlGaInAs/AlInAs/InP应变量子阱外延片.采用带有锥形增益区脊型波导结构和普通条形脊型波导结构在相同的实验条件下制作800 μm腔长激光器管芯，在相同的驱动电流下前者可以获得更高的输出光功率，而且P-Ⅰ曲线线性度较好、饱和电流高. 1200 μm腔长带有锥形增益区脊型波导结构管芯功率达到500 mW，饱和电流3 A以上，峰值波长1460 nm，远场发散角为39°×11°.     

硅基脊型波导器件过渡区损耗及偏振效应

在绝缘层上的硅材料上制作了四种具有不同输入输出结构的星形耦合器并进行了测试,对脊形波导与平板波导相互过渡时过渡区的损耗问题进行了研究和讨论,计算得到在所使用的材料参量下利用锥形结构可以得到1dB左右的最小损耗,这一损耗是由于脊型波导与平板波导间的模式失配造成的。以文献中的实验数据为出发点,分析了脊形波导的偏振问题,并通过对脊型波导器件层厚度、脊高、脊宽进行优化设计,得到了不同偏振模式的有效折射率差仅为10^-5量级的单模脊型波导结构,这样的偏振效应在器件设计中可以忽略。     

双层声波导乐甫波传感器的质量敏感度分析

本文推导了双层声波导结构乐甫波传感器的频散方程和质量敏感度。首先,根据连续边界条件求解声波波动方程,并推导双层声波导结构下乐甫波传播的频散方程;然后根据微扰理论推导乐甫波传感器的质量敏感度。文中并最后给出基于ST-90°X石英基片的乐甫波传感器的算例分析。基片表面依次覆盖二氧化硅和金两层声波导,根据上述推导式子计算出乐甫波相速度及质量敏感度随着声波导层厚度变化的特性。结果表明:声波导层厚度增加时,乐甫波相速度减小,乐甫波模式增多,控制波导层厚度可以获得单一的乐甫波模式;选择波导层的厚度,乐甫波传感器可获得最大质量敏感度。     

片上中红外波长调制光谱气体传感技术

制备了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的梯形光波导甲烷传感器,采用片上波长调制光谱技术,开展了气体检测实验,将仿真结果与实验结果进行了对比,证明了基于波长调制光谱的仿真模型的准确性。狭缝波导是常用的非悬浮波导气体传感器结构,优化了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的狭缝波导传感器结构,外限制因子达到了42%。根据实验测试得到的噪声幅值,理论研究了狭缝波导气体传感器和波长调制光谱技术结合的性能,分析了环境压强和工艺误差对狭缝波导气体传感器性能的影响。本工作为基于波长调制光谱的片上气体传感器的设计提供了指导。     

新颖的微弯结构Mach-Zehnder干涉仪型传感器及其优化设计

介绍了一种改进的Mach-Zehnder干涉仪型传感器，采用微弯结构波导代替了传统的MZ干涉结构的两臂. 利用三维波束传播法（3D-BPM）对传感器的敏感区域，微弯结构的形状进行了研究，同时研究了微弯结构的振幅和周期对灵敏度的影响，并采用梯度算法对这两个最重要的参数进行综合优化. 模拟结果表明，优化后的传感器敏感度比优化前提高了一倍多.     

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。     

三分量光弹波导混合集成加速度传感器

三分量光弹波导M-Z干涉型集成加速度传感器的研究,为高频高精度地震勘探提供集成化的高精度传感器.利用光弹原理,分析了光弹效应检测任意方向加速度的原理.在X切Y传LiNbO3晶体上,设计制作了光波导双M-Z干涉仪及各集成器件：波导相位调制器、波导偏振器.三分量光弹波导M-Z干涉型集成加速度传感器测试表明：该传感器动态范围宽、线性性好.主要参数为：相位灵敏度达1.81×10－4Rad/m·s－2;工作频带3~1506(Hz).     

条形半导体激光器光束质量因子M2的理论计算

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布，现通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩，通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发散角和M^2因子。讨论了波导结构参量变化对M^2因子的影响，并对两种波导结构光束的性质与波导参量的关系进行了比较。     

基于非对称脊波导的多种聚合物弯波导性能分析

以缩短马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导为目的,将有机聚合物非对称结构的脊波导应用于S弯波导中。采用半矢量有限差分光束传输分析法,系统地分析了不同参数下采用非对称脊波导的三种常见弯波导,即正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导的TM00光场传输损耗,并与采用对称脊波导的结构相比较。研究表明,在芯层厚度h=1.5μm、脊高为0.3μm、脊宽w=4μm、分支高度G=11μm的情况下,当脊波导短边芯层平板宽度s≥2μm时,在相同传输损耗条件下,正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导长度分别可减少40%、30%和25%,该结果对有机聚合物M-Z调制器中分支波导的设计具有一定的参考价值。     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

Laser diode integrated with a low radiation loss thickness-tapered beam expander for highly efficient fiber coupling

The optimal structure of a laser diode monolithically integrated with a thickness-tapered beam expander waveguide is demonstrated by analyzing the relationship between fiber coupling efficiencies and radiation losses. It is also found that mode conversion loss is lowered in a ridge waveguide structure than in a buried hetero structure under equivalent fiber coupling. A fabricated ridge waveguide device based on this design shows threshold current as low as 16 mA and narrow beam divergences of 13° and 12°.     

基于有机聚合物的M-Z波导设计

M-Z光波导是有机聚合物电光调制器的重要结构单元.将有效折射率法与二维差分束传播法相结合,利用有效折射率法计算了聚合物脊形波导的横向折射率分布及有效折射率.由Maxwell方程出发,结合辐射透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的计算格式.通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损...     

光纤布喇格光栅沉降传感器

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达-2.11 pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长度,可以对传感器测量范围和灵敏度进行调整,以满足各种应用场合.综合实验结果,该传感器在桥梁、铁路地基等沉降监测方面具有重要意义.     

一种基于光学偏置的新型Math—Zehnder调制器结构设计

设计了一种基于光学偏置并以有机聚合物PMMA／DRI作为光波导材料的新型Mach-Zehdner调制器。利用有效折射率法（EIM）,分析了脊波导的有效折射率随脊波导结构参数变化情况,包括脊宽训、脊高b和芯层厚度d,以及上下包层厚度。采用微带线单电极调制方式结合脊波导的结构设计,实现了微波和光波的速率匹配。针对优化的结构参数,采用BPM方法进行光场和功率传输的模拟仿真,完成了非等臂Math—Zehnder调制器的结构设计,实现了两臂89．84。的初始相位差,消光比约为27dB。     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

带有增益介质层的混合脊状等离子体波导的传输特性

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导,其结构中的介质层部分包含两个区域:前区为单一介质,后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性,得到了TM模下的电场分布图,并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明,在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。     

低阈值单横模852nm半导体激光器

基于波导理论、等效折射率方法,设计并制备了非对称波导隔离双沟结构脊型边发射激光器,最终获得了低闽值单基侧模852 nm激光器.详细研究了不同脊型台深宽比参数设计对激光器侧向模式特性的影响规律,实现了腔面未镀膜情况下脊型波导边发射激光器的单基侧模稳定输出,同时激射波长可以精确调谐到852 nm;工作电流达到150 mA,工作温度30℃;斜率效率最高可达0.89 nW/mA,光谱半宽小于1 nm.研究结果为进一步实现超窄线宽激光器提供了参考和借鉴,并且为实现激光器稳定输出提供了实验基础.