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.     

基于微腔耦合结构金属弯曲波导的光透射特性

提出了一种基于微腔耦合结构的等离子体弯曲波导新型滤波器,该滤波器由两个直角波导和一个矩形谐振腔组成,光通过该结构会激发表面等离子体激元(SPPs)。采用时域有限差分(FDTD)法研究了此结构SPPs的传播特性。结果表明,相比于传统的直波导结构,由于其会引发双边耦合效应,这种单微腔弯曲波导结构产生了更强烈的共振作用,其耦合效率也得到了进一步的提高。数值仿真结果表明,通过改变谐振腔的腔长,也可达到线性调节滤波器共振波长的目的。此外,在上述设计思路的基础上还提出了一种双微腔结构,此结构由一个弯曲波导与左右两个谐振腔组成,其可利用两个微腔透射波的叠加作用,产生动态可调控的等离子诱导透明效应。     

用于光互连的聚硅氧烷波导弯曲损耗

研究了用于光互连的聚硅氧烷多模光波导直接弯曲时弯曲损耗与圆弧曲率半径的关系。用Marcuse的直波导近似法理论计算了其弯曲损耗,理论计算表明弯曲损耗随模阶数的增加而变大,随半径的减少而变大;光在波导中传输时,总弯曲损耗出现阶跃式变化,并且曲率半径大于4 mm时,波导的弯曲损耗小于1dB/cm。用BeamPROP仿真软件仿真了5、10、20mm三种曲率半径下的传输光场情况。利用数字化散射法测量了其弯曲损耗,实验结果显示曲率半径在5～6mm时弯曲损耗值在0.55～0.8dB/cm之间,考虑所制备的聚硅氧烷直波导固有的传输损耗,实验值与理论值基本相符。     

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。     

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。     

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.     

集成光学 集成光学、波导理论

TN252 2005053598 两种不同Y分支光波导的弯曲损耗研究=Bending loss of two kinds of Y-branch optical waveguides[刊,中]／郑宏林 (电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术教育部重点实 验室.四川,成都(610054)),陈福深∥半导体光电．- 2005,26(1)．-30-33 针对低损耗S型弯曲Y分支的分析与设计,分别用弯 曲损耗理论和有限差分光束传输法分析了两种不同的S 型弯曲Y分支的损耗特性,比较了不同的波导宽度、分支 间距和分支张角对波导输出损耗特性的影响,得出了一组 最优化的Y分支波导设计参数。图5参5(严寒)     

基于时域有限差分法分析等离子波导和介质波导耦合

使用Rsoft软件中的时域有限差分模块Fullwave分析二维介质波导和等离子波导耦合特性,利用软件仿真耦合结构并自动计算出光在介质波导和等离子波导中传输的耦合效率,进而测绘耦合效率随波导尺寸和光波长的变化曲线图,发现MDM导波结构的缝隙宽度和光通信质量密切相关,在确定尺寸下,传输损耗随传输距离成指数衰减.根据分析得到的耦合效率变化规律发现介质波导和等离子波导间距最佳点都应设为15 nm,进而优化波导的几何结构参数后,可以将耦合效率提高到83%.     

弯曲增敏型光纤曲率传感器机理的研究

近年国外出现一种直接检测弯曲的低成本光纤曲率传感器,采用弯曲增敏技术提高光纤对弯曲的灵敏度。这种传感器的线性范围宽,能区分正向弯曲和负向弯曲,在测量较大弯曲变形的场合更具优势;并且适合埋入结构内部检测,通过转换还可测量轴向应变。然而其传感机理方面的研究仍处于探索阶段。通过分析光辐射度余弦定律理论、回音壁光线理论、沟槽角度理论等国内外对该传感器机理的研究成果,并基于平面波导的光散射损耗理论,提出了光纤曲率传感器的机理。指出弯曲引起光纤敏感区表面散射损耗的改变是导致光传输损耗改变的原因;推导出损耗与光纤弯曲半径、表面特性、光纤结构参量关系的数学模型,并通过实验验证了模型的有效性。     

硅基二氧化硅光波导器件偏振特性的理论分析

从理论上分析了硅基二氧化硅光波导器件的芯区尺寸、相对折射率差、内应力和弯曲径对器件偏振特性的影响,得出结论：小折射率差的正方形波导的双折射系数小;内应力对双折射的影响比几何参数大;弯曲半径较小时,双折射系数较大,弯曲损耗也较大。     

有源弯曲波导反馈特性的三维时域有限差分法仿真

半导体光放大器的耦合光纤形成的外腔反馈通过引入弯曲损耗得以抑制.通过对半导体光放大器有源波导引入对前、后向光场非对称散射损耗，以前向光场部分损耗为代价，反馈光场能量被分布式地较强辐射.时域有限差分法仿真研究表明，通过优化弯曲有源波导的结构，相对于通常的有源直波导，在相同的材料增益和输入、输出条件下，反馈可以下降10 dB以上.由此可以简化高增益半导体光放大器的器件结构.     

波导弯曲半径与弯曲损耗的关系

介绍了分析波导弯曲损耗的保形变换法和归一化方法以及由此得到的波导弯曲半径与弯曲损耗的关系式.建立了弯曲损耗经验公式,由该公式得出了四种常用材料的波导弯曲半径与弯曲损耗的曲线,并将已报道的相应材料制作的AWG中的最小弯曲半径及其对应的损耗实验数据与这些曲线上的相应数值进行了比较,结果表明,弯曲损耗经验公式在确定AWG中的最小弯曲半径时,有一定的参考价值.     

表面等离子波导及应用

本文在介绍表面等离子波导基本理论的基础上,主要对表面等离子波导的若干应用进行综述, 包括基于表面等离子波导实现的光学和微波频段的慢波效应、类电磁感应透明现象、可调滤波器,以及通过对电磁波绕射而实现的隐身效应等。最后指出该领域存在的问题与挑战, 并对今后的发展趋势进行了展望。分析认为,通过引入增益介质、采用超导材料等方法降低表面等离子波导材料的损耗、减少工艺制作的难度是今后亟待解决的问题。     

带状波导表面等离子激元的透射特性(英文)

为了深入探讨带状波导的表面等离子激元透射特性,采用衍射光栅耦合方式实现表面等离子激元激发,通过改变金属薄膜厚度和入射光角度,得到薄膜厚度、入射光角度与透射率的变化特性.结果表明:金属薄膜厚度的减少会导致透射带宽迅速降低,同时透射率也随之降低;而入射光角度的改变导致透射光效率的变化.这一研究对于半导体设备的纳米等离子激元耦合具有一定的意义.     

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.     

纳米金属肋混合表面等离子体波导模式特性分析

基于传统混合表面等离子体波导,提出了一种半导体纳米线和纳米金属肋混合的表面等离子体波导.采用有限元法对其模式特性进行了数值模拟,研究了该波导的有效折射率、传播损耗、归一化模场面积等特性随波导几何尺寸的变化规律,分析了该混合波导的增益阈值.结果表明:该波导具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,并且混合模式的最小模面积仅为0.001 52μm2.     

数码照相法测量离子交换平面光波导损耗特性

利用数码相机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,计算出波导的传输损耗.对光波导进行退火处理,研究了波导退火前后的传输损耗特性.退火后0阶模式下传输损耗由2.148 9 dB·cm－1降为0.746 0 dB·cm－1.结果表明,波导的传输损耗是随着模阶数的增加而递增,适当的退火处理明显改善了离子交换波导的质量.     

数码照相法测量离子交换平面光波导损耗特性

利用数码相机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,计算出波导的传输损耗.对光波导进行退火处理,研究了波导退火前后的传输损耗特性.退火后0阶模式下传输损耗由2.148 9 dB·cm-1降为0.746 0 dB·cm-1.结果表明,波导的传输损耗是随着模阶数的增加而递增,适当的退火处理明显改善了离子交换波导的质量.     

等效电流方法计算单模光纤的辐射损耗

本文将无源的不规则波导看作有源的理想波导,求等效极化电流电场,直接得到单一光波导模间耦合和辐射损耗问题的解。用这个方法计算了阶跃单模光纤折射率轴向不均匀变化的损耗。这种方法完全脱离了耦合波的概念,它不但物理意义明确,而且求解问题的方法简洁。最后以单模光纤弯曲和微弯损耗为例,说明等效电流方法还适用于广义耦合波理论才能求解的问题。     

新型非对称Y分支波导设计与分析

非对称型Y分支波导是用于实现分支波导光功率非均分输出的重要单元器件,在集成光子器件中有广泛应用.基于全内反射原理,提出了一种新型非对称Y分支波导,通过将左右分支波导相对于输入波导在横向方向上进行偏移以实现特定分束比光输出,并对其光学特性进行模拟分析.结果表明,该波导结构不仅能实现任意特定分束比光输出,在分支角达到14°条件下其输出损耗仅为0.417 dB,而且偏振依赖性低、工艺制作难度小,这种新型非对称Y分支波导在集成光子器件中具有重要应用意义.