一维光子晶体中多缺陷耦合导致的杂质带

利用传输矩阵方法研究了包含多个周期性分布的缺陷的一维光子晶体的透射谱.以33个周期的1/4波堆存在5个缺陷的光子晶体为例作了数值计算.结果表明,在周期性光子晶体中加入多个缺陷时,将在截止带中产生多个缺陷模.这些缺陷模构成的杂质能带依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷模耦合较强,杂质带中透射峰相距较远,它们对应禁带中许多分立定域的杂质能级;当缺陷稀疏时,缺陷模耦合较弱,透射峰相距较近,分立的杂质能级趋于简并,由此形成一个很窄的通带.     

相移光纤光栅耦合系数控制

为了通过遮挡法实现不同耦合系数π相移光纤光栅制作,分析了刻制过程中的相移形成原理,提出通过调整遮挡区长度和π相移周期次数控制π相移光纤光栅耦合系数的方法.采用传输矩阵法对刻制相移光纤光栅过程中的透射谱变化进行仿真计算,分析了不同光栅条纹可见度下遮挡区长度对相移光纤光栅透射谱的影响.基于不同遮挡区长度进行了相移光纤光栅制作实验,结果表明:通过调整遮挡区长度和π相移出现次数能够实现对相移光纤光栅耦合系数的有效控制.     

基于金属-电介质-金属波导结构的等离子体滤波器的数值研究

基于金属-电介质-金属波导结构, 提出了一种含双侧多支节型等离子波导滤波器, 采用有限元法研究了其透射特性. 在该结构的透射谱中观察到了基于电磁诱导透明效应的四个窄带透射峰, 并通过模场分布有效阐释了透射谱线中峰值、谷值的产生的物理机理. 数值研究同时表明当每个支节长度线性增加时, 透射峰中心波长也将线性增加. 这一结果可用于指导可调谐、多通道窄带滤波器的设计.     

基于相移光纤光栅微分器超短光脉冲整形

基于耦合模理论和传输矩阵法,对相移光纤光栅的反射谱、相移特性进行了分析.结果表明,相移光纤光栅随着相移点个数的增加,反射谱透射窗口数目增多,相移发生多次跳变,从而形成对信号的微分效应,并且相移的微分阶数与所增加的相移点个数成正比.设计出基于相移光纤光栅微分特性的脉冲整形器,通过优化高斯信号各阶微分的加权系数,将高斯型输入脉冲整形成近似方形或三角形状的输出脉冲,通过调整光纤光栅第一段与第二段的长度比,使输出三角脉冲形状的失真现象得到改善.分析输入的高斯脉冲的脉宽发生±5%的波动时,输出波形依然可以获得很好的三角和平顶方形脉冲效果,从而证明了所设计的脉冲整形器的稳定性和实用性.     

相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性. 关键词： 光纤Bragg 光栅 法布里-珀罗腔 耦合模理论     

双Loop-Stub侧边耦合波导结构多重等离激元诱导透明效应的数值分析

研究同侧、异侧和反对称双loop-stub(LS)谐振腔侧边耦合波导结构中的多重类电磁诱导透明效应,并利用有限元方法分别对这三种结构的光学透射特性进行数值模拟。结果表明,这三种结构的透射谱、磁场分布和色散强烈地依赖结构参数。着重讨论双LS谐振腔相邻两个stub腔的距离或两个水平分支的距离对透射特性的影响。随着距离的减小,两个LS腔之间的耦合增强,出现多个透射峰和透射谷(即阻带),多重类电磁诱导透明效应显著。此外,讨论了同侧双LS腔波导结构相邻两个stub腔的距离为零时,竖直分支宽度、水平分支宽度、总水平分支长度等参数对透射谱的影响。侧边耦合金属纳米波导结构在未来的集成光学有潜在的应用价值,如滤波器、传感器和慢光装置等。     

基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1 ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm^2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40 nm,系统的群延时控制在0.15 ps到0.85 ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的杂质带特性

利用转移矩阵方法研究了含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的透射谱.计算结果表明，如果改变缺陷的折射率，缺陷模之间的耦合作用将发生改变，使得能隙中的杂质带也随之改变.若这个折射率取适当值，则可以在禁带中同时出现几个尖锐的透射峰和较宽的通带，这种结构可同时用于多通道窄带滤波和宽带滤波. 关键词： 光子晶体 缺陷模 杂质带 滤波     

光子晶体定向耦合三波长功分器

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

相移光纤光栅多重滤波特性研究及应用

滤波器是通信中一种重要的器件,相移光纤光栅因其显著的滤波特性,可作为带阻滤波器应用于密集波分复用系统,实现光信号的解调。影响相移光纤光栅滤波特性的因素有很多,通过相移光纤光栅的耦合模理论分析,并利用MATLAB语言编程计算出相移光纤光栅的单波长、双波长和多波长滤波反射谱。结果发现:光栅参数的变化会使相移光纤光栅滤波特性发生改变;当进行双波长滤波时,反射谱将随着相移点位置由内向外的改变而向内塌缩;多波长滤波时,相移点位置不同可分别出现多透射窗口和超宽矩形透射窗口。     

Loss analysis and increasing of the fabrication tolerance of resonant coupling by tapering the mode beating section

The film mode matching method was used to analyze the inter waveguide coupling losses in a passive asymmetric twin waveguide caused by waveguide width and refractive index variation for both resonant and adiabatic coupling at a wavelength of 1,550 nm. The reasons for power losses are shown. It is demonstrated that tapering the mode beating section of the resonant coupler can increase the fabrication tolerance of resonant coupling without increasing the coupling length.     

微波频段表面等离子激元波导滤波器的实验研究

基于理论分析, 实验研究了二维磁单负材料/双正材料/磁单负材料表面等离子波导的滤波效应. 研究表明, 该波导结构具有低通滤波性质, 引入分支缺陷之后, 由于谐振效应该波导具有带阻滤波效应. 分支缺陷相当于亚波长谐振腔, 谐振腔的长度决定带阻滤波器的中心频率, 而中心频率几乎不受缺陷位置的影响; 滤波器透射率下降的幅度由耦合距离决定. 通过引入谐振腔及改变谐振腔的长度、数量以及耦合间距等参数, 可以实现可调节的表面等离子波导滤波器. 实验结果与理论分析符合得很好, 该性质将在可调的单通道或多通道带阻滤波器件中具有潜在的应用价值. 关键词： 表面等离子激元 特异材料波导 谐振腔 滤波器     

Transverse mode competition in defect states of a waveguide with corrugated walls

We investigate the defect states arising in the Bragg and non-Bragg gaps by inserting a straight duct into a waveguide with periodically corrugated walls. In periodic waveguides, the Bragg gap is created by the interference of the same transverse modes whereas the different mode coupling leads to the non-Bragg one. Due to the involved high-order modes, there are two defect states observed in the non-Bragg gap while only one in the Bragg gap, indicating that transverse modes play a significant role in the creation of defect states. Furthermore, the frequency of each defect state highly relies on the defect geometries and their band widths can be optimized by the number of waveguide segments. The proposed transverse mode competition analysis reveals the mechanism of frequency shifting and provides an opportunity for guided wave control engineering, which would definitely benefit their applications in various functional devices, such as filters, sensors, and amplifiers.     

Angular spectrum theory to calculate coupling efficiency in rectangular waveguide resonators

Coupling efficiency of the rectangular waveguide resonators are discussed in terms of the method of angular spectrum theory. Under the condition given in the paper, the coupling coefficients for the EH₁₁ mode in the rectangular waveguide resonator are presented as a function of mirror curvature and position. It is shown that there exist two special geometries to provide low coupling efficiency. The method can be applied to the other modes.     

半径渐变同轴波导模式耦合系数研究

 为了用耦合波理论研究一些同轴结构的高频特性，推导了半径渐变同轴波导内模式耦合系数的计算公式，发现半径渐变圆波导模式耦合系数只是同轴波导模式耦合系数的特例。对同轴波导中的模式及其本征方程根的特点进行了讨论，通过建立同轴波导模式和矩形波导模式之间的对应关系，给出了同轴波导模式本征方程根的快速计算方法。对所给模式耦合系数公式进行了验证，耦合波理论计算结果与有限元方法计算结果吻合良好。     

Vertical coupling characteristics between hybrid plasmonic slot waveguide and Si waveguide

For development of complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS)-compatible integrated optical circuits, vertical directional coupling between a hybrid plasmonic slot waveguide and a Si waveguide is theoretically investigated in detail. To determine the vertical separation gap and efficient coupling length, we investigate the characteristics of the even and odd supermodes at a wavelength of 1.55 μm. The vertical coupler transfers 90% of the power carried by the Si waveguide to the hybrid plasmonic slot waveguide after normalizing to reference waveguides when the gap is 60 nm and the coupling length is 2.6 μm. Because of the lossy hybrid guided mode in the plasmonic waveguide, the transmitted power exhibits damped sinusoidal behavior depending on the overlapping length. The proposed vertical coupler shows more efficient light coupling between a dielectric and plasmonic waveguide in comparison to the other types of hybrid coupler, and can be exploited further for on-chip integrated opto-electronic circuits.     

An Integrative Biosensor Based on Contra-Directional Coupling Two-dimensional Photonic Crystal Waveguides

We propose an integrative biochemical sensor utilizing the dip in the transmission spectrum of a normal singleline defect photonic crystal （PC） waveguide, which has a eontra-directional coupling with another PC waveguide. When the air holes in the PC slab are filled with a liquid analyte with different refractive indices, the dip has a wavelength shift. By detecting the output power variation at a certain fixed wavelength, a sensitivity of 1.2 × 10^-4 is feasible. This structure is easy for integration due to its plane waveguide structure and omissible pump source. In addition, high signal to noise ratio can be expected because signal transmits via a normal single-line defect PC waveguide instead of the PC hole area or analyte.     

An efficient directional coupling from dielectric waveguide to hybrid long-range plasmonic waveguide on a silicon platform

The silicon-based three-dimensional hybrid long-range plasmonic waveguide not only supports long-range propagation distance (~mm) but also has an ultra-small modal area (~10^?2 μm²) at 1.55 μm. Here, we propose a directional coupler for effective coupling from a dielectric slab-waveguide to the hybrid plasmonic waveguide on a silicon platform. Our simulation results show that the coupler is able to excite hybrid long-range plasmonic mode with short coupling length, low insertion loss, and high extinction ratio. With the arm separation of 0.3 μm, the coupling length can be made 5.2 % of the propagation length of the hybrid plasmonic waveguide, while the insertion loss and extinction ratio are ?0.12 and 22.4 dB, respectively. This coupler offers the potential applications in signal routing between the hybrid long-range plasmonic waveguide and dielectric waveguide in the photonic integrated circuits.     

光子晶体波导耦合的波分复用研究

两平行光子晶体单模波导的相互耦合组成一个耦合结构。两本征模的色散曲线相交并出现简并,简并模之间的耦合作用使模式的分布发生了改变。由于耦合的作用,各个波长的光波会在不同的波导中传输。在简并点处两本征模发生解耦合,光波会沿着原来的方向传输。将两个不同耦合长度的光子晶体波导耦合结构集成在一起,就可以组成一个三波长的光子晶体波分复用器。     

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。