锥形多模干涉耦合器一般成像特性分析

锥形多模干涉耦合器克服了传统多模干涉(MMI)耦合器结构尺寸大的缺点,满足当前集成光器件高集成度的要求.其成像特性对设计基于它的集成光器件至关重要.根据多模干涉耦合器的自映像原理,对锥形多模干涉耦合器成像特性进行分析,发现成像特性与输入场位置、位置数、多模波导初始宽度及渐变率等参量密切相关,得到成像位置的解析表达式并总...     

基于三角晶格光子晶体多模波导1×2分束器的优化设计

依据自映像原理,设计了一种基于三角晶格光子晶体多模波导的1×2分束器.采用时域有限差分法模拟了光波在分束器中的传播行为,并计算了分束器的传输效率.结果表明,仅仅通过改变多模波导与输出波导联结处的介质柱的位置对结构进行优化,便可大大提高分束器在工作点频率处的传输效率和带宽,其多模耦合区的长度可低至3.1 μm.因而本文所设计的分束器具有更小的器件尺寸和更高的传输效率,易于大规模集成的实现,在未来的集成光路中具有广泛的应用价值.     

一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗－0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为－6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗－4.3 dB,开关时间为6.8 μs.     

多模干涉耦合器一般成像位置分析

自映像效应是多模波导的一个重要特性,利用多模波导自映像效应制成的多模干涉耦合器被广泛地应用于集成光学回路中。然而根据以往的文献要得出多模干涉耦合器的成像位置要经过一系列复杂的计算。根据多模干涉耦合器的自映像原理,对多模干涉耦合器的成像位置进行分析。成像位置与输入场位置和位置数密切相关,给出了成像位置的解析表达式,得出奇数、偶数的位置数的成像位置分别对应相同,并且奇、偶数的位置数所对应的成像位置之和为多模波导宽度的成像规律。用导模传输分析法验证了表达式和成像规律的正确性。根据成像位置的表达式和成像规律可以直接得出任意输入场位置和位置数所对应的成像位置。为一维和二维限制的多模干涉耦合器的设计提供了理论基础。     

多模干涉马赫曾德尔光开关模型

根据N×N多模干涉耦合器的基本原理 ,确定了多模干涉耦合器的结构参数。通过分析多模干涉耦合器的输入光场与其映像间的相位关系 ,提出了模传输矩阵的分析方法 ,并用此方法分析了N×N普通干涉多模干涉耦合器、N×N相移器以及N×N普通干涉多模干涉马赫 曾德尔光开关 ,得到了它们的模场传输方程 ,分析了光开关在光场从任一输入端输入 ,从任一输出端输出时开关的驱动条件。用上面的方法分析了 4× 4光开关的结构及驱动条件     

一般1×N的MMI成像位置和相位关系

根据多模干涉器(MMI)的自映像原理,讨论了一般1×N多模干涉器件的成像位置和相位关系,并用导模传输法验证了分析结果,一般的成像位置和相对相位关系同原像的初始位置密切相关.     

超微光子晶体多模干涉型滤波器的设计与优化

根据对称入射时的自映像原理,设计了一种基于光子晶体多模波导的超微滤波器,对于进入该种器件的1.31 μm和1.55 μm两种通信波长的光信号,能够在通过一种波长的同时,对另一种波长进行阻隔,整个器件的长度不超过15 μm.讨论了该滤波器的输出效率,并通过调整位于单模波导与多模波导联结处的介电柱位置对结构进行优化.优化后的结构具有高的输出效率和较宽的带宽.时域有限差分法的模拟结果表明该器件是可行的.     

超微光子晶体多模干涉型滤波器的设计与优化

根据对称入射时的自映像原理,设计了一种基于光子晶体多模波导的超微滤波器,对于进入该种器件的1.31 μm和1.55 μm两种通信波长的光信号,能够在通过一种波长的同时,对另一种波长进行阻隔,整个器件的长度不超过15 μm.讨论了该滤波器的输出效率,并通过调整位于单模波导与多模波导联结处的介电柱位置对结构进行优化.优化后的结构具有高的输出效率和较宽的带宽.时域有限差分法的模拟结果表明该器件是可行的.     

全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性

研究了光波在没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导中的传播特性. 利用等效折射率法,将该结构等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,数值分析和模拟了其多模干涉效应. 研究结果表明,由于全内反射和分布式布拉格反射的联合效应,光场类似于传统波导模式,能高效地传输;随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,带宽和透射率也随之增加, 研究结果为实际应用中选择适当的填充率提供了理论依据. 关键词： 光子晶体多模波导 全内反射 填充率 时域有限差分法     

一种结合增益耦合分布反馈光栅的多模干涉波导半导体激光器的研制

半导体激光器是现代通讯领域的核心器件.研究和开发具有高稳定性、高功率、高光束质量、窄线宽的单模半导体激光器是目前半导体激光器研究领域的一个重要的研究方向.本文在窄脊型边发射半导体激光器的结构基础上,提出并研制了一种在980 nm波段附近的利用有源多模干涉波导结构作为激光器的主要增益区,利用增益耦合式分布反馈光栅对激光器的纵向模式进行调制的新型边发射半导体激光器芯片结构.通过对比实验可以看出,这种激光器相较于一般的分布反馈式半导体激光器,其具有更高的斜率效率和输出功率;而相较于一般的多模干涉波导激光器,这种激光器具有更高的光束质量和更好的稳定性.同时,由于在芯片设计和制造过程中采用了表面刻蚀形成的高阶分布反馈光栅,这种激光芯片的制造无需二次外延,只需要微米量级精度的i线光刻即可实现,是一种制备工艺较为简单、制造成本较低、利于商用量产的芯片结构.     

二维限制MMI耦合器自镜像特性

采用扩展的导模传输分析法,对二维限制多模干涉(MMI)耦合器的自镜像效应进行分析,详细讨论了二维限制多模干涉耦合器的自镜像特性和在两个方向上各自都成完整像的要求,并用三维全矢量非旁轴近似光束传输法进一步验证了分析结果.结果表明,一维限制多模干涉耦合器的自镜像效应在一定条件下,可以拓展到二维限制多模干涉耦合器上.并且在强限制的波导结构中,二维自镜像效应可以看成二个相互垂直、独立的一维自镜像效应的叠加.     

Analysis of ion implanted waveguides formed on Nd:YVO4 crystals

This work reports, for the first time to our knowledge, the formation of planar waveguides in Nd:YVO₄ by either carbon or proton implantation. The waveguides are characterised using the dark mode method and by spectroscopic studies, indicating that there is a reduction of the refractive index at the end of the ion track. Particularly, carbon implantation generates a considerable variation in the guiding region. It is shown that the waveguiding structure preserves the spectroscopic properties of the Nd³⁺ ions, thus maintaining the crystal quality.     

一种新型高透射率高品质因子光子晶体耦合腔波导结构

提出了一种在二维三角晶格光子晶体线缺陷波导中放置椭圆空气孔的耦合腔波导结构。基于平面波展开法,利用MPB对线缺陷波导的能带结构进行了计算并给出能带图。基于时域有限差分法（FDTD）,利用MEEP对椭圆空气孔在波导中的排列方式、数量、尺寸进行优化设计,并对频率位于微腔共振频率处的光波在耦合腔波导结构中的品质因子和传输特性进行研究与比较,给出了电场分布图。仿真结果表明,当椭圆空气孔的长轴方向纵向排列时,相应的微腔共振频率在光子禁带内可获得90%以上的透射率,对应的品质因子Q可达10⁴量级;选择合适的参数,获得的Q可高达10⁷量级,对应共振频率的透射率仍在60%以上。     

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。     

Coupling of surface waves by two crossed dielectric waveguides

The coupling of surface waves by two crossed dielectric slab sections with curved transition waveguides is investigated by the method of staircase approximation. the coupling problem of the nonuniform structure is analyzed in terms of the scattering of incident surface wave by the crossed structure as a whole. The scattering characteristics of the crossed waveguides are calculated with a particular attention directed to the effect of radiation due to bending of the curved transition waveguides on coupling properties of the structure. Some useful guidelines for the design of the coupling structures are thereby suggested.     

微细笔直写聚合物条形光波导的研究

提出一种采用微细笔直写技术直写聚合物光波导的简便方法，利用该技术成功直写出了氟化聚酰胺条形光波导，并着重研究了气体压力和直写速度对波导宽度的影响规律。实验结果表明：直写获得的条形波导的边缘整齐、表面光滑，而且不存在小孔等缺陷或杂质。当其他工艺参数不变的情况下，波导宽度随着气体压力的增加而增大，随着直写速度的增大而减小。微细笔直写获得的条形光波导成功地实现了通光，在波长为1550nm处的最小传输损耗为0.59dB/cm。     

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%.     

平板波导的溶胶-凝胶法制备与测试

利用溶胶-凝胶法制作了平板波导.实验中,在不同的条件下采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备出TiO2平板波导,分析了影响平板波导的因素,如溶胶-凝胶溶液的浓度、pH值,滴胶速度,热处理等.并对在不同工艺条件下的波导膜特性进行了测试,分析了影响波导膜质量的各个因素.实验表明,在控制实验条件的前提下溶胶-凝胶法在制作平板波导膜的工艺上制作方法简单,容易实现.     

Tomographic imaging of opaque and low-contrast objects in range-independent waveguides.

A feasibility study is presented for acoustic tomographic imaging of arbitrarily shaped objects in range-independent oceanic waveguides. One of the main obstacles in the efficient use of tomographic imaging is that tomographic systems usually allow for a number of different independent solutions which satisfy the same systems of equations. This adverse property of acoustic tomography is especially pronounced in underdetermined systems characterized by null spaces of tomographic matrices which relate measured data to an unknown sound-speed distribution. In fact, acoustic tomography is usually underdetermined and the null space problem becomes critical in many applications. Acoustic tomography in many instances yields blurred images precluding its efficient use for mapping underwater objects in oceanic waveguides. How to improve the resolving power of tomographic imagery in waveguides is shown. A new technique based on the sliding window approach is suggested which uses constrained traveltime inversion. The method will be tested on mapping opaque and low-contrast acoustic objects placed in range-independent waveguides. The method is fast since it does not directly invert tomographic matrices of large rank but instead carries out summation over nonzero elements of tomographic matrices. It can be proved that constrained inversion compensates for limited angular aperture recording and thus can be applied to practical problems with incomplete angular aperture. This work is limited to processing of transmitted signals. A separate study will be devoted to the analysis of reflection data.     

Investigation of coupling length in a semi-cylindrical surface plasmonic coupler

We have investigated the performance of a nano-optical directional coupler based on gap plasmon waveguides. The coupler consists of two waveguides having a localized coupled plasmon propagating between two semi-cylindrical surfaces. After introducing a fundamental mode of studied waveguides, effects of the structure parameters on the coupling length are shown. Simulation results of the coupler obtained by the compact-2D finite-difference time-domain (FDTD) method comply with those derived by an analytic method with the aid of the finite-element frequency-domain (FEFD) software package of COMSOL.