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.     

确定离子交换平面波导折射率分布的预测-校验法

提出一种基于反WKB法与分段线性插值的最小二乘拟合方法(即预测-校验方法)来确定离子交换玻璃波导的横向折射率分布,它将反WKB法与分段线性插值所计算出的结果作为近似值(预测),然后进行最小二乘拟合(校验),并与基于反WKB的分段线性插值方法进行比较.数值计算表明,这一算法能有效地重建渐变离子交换平面波导的横向折射率分布.     

渐变折射率平板波导的逆分析转移矩阵方法

利用分析转移矩阵方法，可精确计算任意折射率分布光波导模式的有效折射率。在此基础上，推出了逆分析转移矩阵方法，根据实验测量的导模有效折射率来拟合光波导的折射率分布，取得了比逆WKB方法更为合理的结果。     

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%。     

梯形截面硅脊形波导的模式特性及其等离子体色散效应

本文运用有效折射率法和WKB法对具有梯形状截面的硅脊形波导的模式特性作了分析,导出了TE模和TM模的模方程以及截止方程,并运用一阶微扰法对因波导顶部注入载流子而引起的模式调制的大小作了数值估计。其结果可为全硅光波导器件的研制提供指导。     

渐变折射率波导表面折射率的确定

单调变化的渐变折射率波导的表面折射率大于波导基模的有效折射率,因而不能用传统的m-线方法测量。利用分析转移矩阵(ATM)方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波,提出了一种确定波导近表面折射率的实验技术,在波导折射率分布的拟合中,得到了比传统逆WKB方法更为合理的结果。     

平面光波导折射率分布的测定

利用棱镜耦合原理与改进的反WKB理论，实现了平面光波导折射率分布的测定.通过该方法获得了离子交换玻璃波导折射率分布曲线，该方法具有操作简单、测量准确的优点.     

LiNbO_3:Fe晶体中光写入平面光波导的导光特性研究

从光折变效应的单中心模型和载流子的光伏迁移机理出发给出了高斯片光在LiNbO3:Fe晶体中导致的折射率变化分布的解析表达式 .利用片光以“三明治”辐照方式在LiNbO3:Fe晶体中写入了平面光波导结构 .用切片干涉法测量了波导区的折射率分布 ,并对波导进行了简单的导光测试 .根据射线方程以及波导的折射率分布对光写入波导的导光特性进行了模拟计算分析 .研究结果表明 ,在LiNbO3:Fe晶体中光写入光波导是可行的     

白光在LiNbO_3∶Fe晶体中写入的任意折射率分布光波导

在理论分析Li NbO3∶Fe晶体中光致折射率变化分布与写入光的强度分布之间关系的基础上,提出了一种在该晶体中写入具有任意折射率分布光波导的新方法.利用由白光经电寻址空间光调制器得到的强度分布不同的片光辐照晶体,分别写入了折射率呈误差函数分布和平方律分布的光波导结构.采用干涉法测量了晶体中的光致折射率变化,并用推导出的折射率变化分布解析表达式很好地拟合了测量数据.实验结果表明,该方法是可行的.利用白光光源结合高分辨率的空间光调制器有望在多种光折变材料中制备出具有任意折射率分布的高质量光波导.     

白光在LiNbO3∶Fe晶体中写入的任意折射率分布光波导

在理论分析LiNbO3∶Fe晶体中光致折射率变化分布与写入光的强度分布之间关系的基础上，提出了一种在该晶体中写入具有任意折射率分布光波导的新方法.利用由白光经电寻址空间光调制器得到的强度分布不同的片光辐照晶体，分别写入了折射率呈误差函数分布和平方律分布的光波导结构.采用干涉法测量了晶体中的光致折射率变化，并用推导出的折射率变化分布解析表达式很好地拟合了测量数据.实验结果表明，该方法是可行的.利用白光光源结合高分辨率的空间光调制器有望在多种光折变材料中制备出具有任意折射率分布的高质量光波导.     

一种简单精准的渐变折射率分布光波导分析方法

渐变折射率分布的光波导分析对光波导器件的设计和研究至关重要, 近年来已提出了多种分析方法, 然而在简便性或准确性上都存在着不足. 为此, 提出了一种分析渐变折射率分布光波导的方法, 能够结合现有的Wentzel-Kramers-Brillouin近似法和离散化的波动方程, 构建模场分布, 再结合变分运算方程和修正的模式本征方程, 计算出较为精确的有效折射率. 与其他分析方法相比, 该方法较为简单, 而且有一定的精度.     

改进WKB近似的新方法

利用转移矩阵理论，在考虑层间一次反射和转折点处实际相移的基础上，导出了改进的ＷＫＢ公式，数值计算的结果表明本文所得公式的精度远优于传统的ＷＫＢ近似，而且能适用于接近于截止的模式和变化剧烈的折射率分布。     

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.     

Dispersion characteristics of complex refractive-index planar slab optical waveguide by using finite element method

In this paper, finite element method (FEM) mode analyses of planar slab optical waveguide having complicated refractive index profile are presented. We try to estimate the dispersion graph, mode cut-off condition, group delay and waveguide dispersion for the case of α-power and chirped-type refractive index profile. In order to obtain the more accurate result, we have derived the higher-order polynomial, which establishes the suitable relationship between b and V for different profile of optical waveguide. On the basis of the derived polynomials, the waveguide dispersion is analyzed for different type of refractive index profile waveguide. Our study shows that the waveguide dispersion can be substantially reduced when we deployed the optical waveguide having linearly chirped-type refractive index profile. Earlier too, the arbitrary refractive index profile has been analyzed but to the best of our knowledge chirped-type refractive index profile has not been analyzed till date for the case of planar slab optical waveguide.     

Determination of Optical Waveguide Refractive-Index Profiles with the Inverse Analytic Transfer Matrix Method

In this paper, we present an inverse analytic transfer matrix (IATM) method to predict the refractive index profiles from the measurement of mode indices based on the analytic transfer matrix (ATM) method, which can exactly determine the modal characteristics of a planar optical waveguide with arbitrary index profiles. IATM method has been proved to be universally reliable not only in slowly changing profiles but also the profiles changing rapidly in which inverse WKB method would find difficult through numerical analysis for several typical refractive index profiles.     

光波导技术同步测量棱镜及波导薄膜参数

依据全反射理论和棱镜耦合原理,实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到棱镜耦合M线,曲线前面几组的波谷为波导模激发,在M线左侧收尾处有一个不完整波峰,其反射光强随入射角迅速衰减,为全反射时的临界点,由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量;用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4,波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。     

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.