隐埋波导耦合集成化激光器模拟设计

本文设计了一种利用隐埋波导耦合的集成化GaAs/GaAlAs单模激光器。并从四层不对称波导的基本电场方程及其本征方程出发,用计算机模拟方法,计算出该集成型激光器结构参数之间的关系,文中还讨论了在不同a、h(y)、D条件下基侧模的最小隐埋波导宽度W,波导中心厚度h,有效隐埋波导宽度W_(off)与横向光限制的关系.在模拟计算基础上,导出了四层不对称波导的归一化有效折射率b和限制Г_x因子的近似表示式,并得出该激光器最佳结构参数.     

隐埋“月牙”形InGaAsP/InP激光器动态特性研究

本文用计算机模拟方法分析了隐埋“月牙”形InGaAsP/InP激光器的动态特性,得到阈值电流,单模截止条件与有源区厚度(中心)d₀、沟宽W、条宽s、腔长L和材料的电阻率R_x等结构参数间的关系。在模拟分析的基础上,提供了阈值电流与结构参数间的近似表示式,从中能简捷地估算激光器的物理特性。文内还提出了注入载流子浓度高斯分布模型,应用这模型,可准确地计算电流扩展和增益分布,且导出了最大增益g_max,阈值电流密度J_th,模增益G_th,最佳有源区(中心)厚度d_0,min,最佳阈值电流密度J_th,min等一系列解析式。基于上述分析,该激光器最佳设计参数为d₀=0.15—0.2μm,W=2—4μm,s=10—15μm,L=200μm。 关键词：     

平板宽波导光场分布及极化模

平板宽波导CO₂激光器波导内光场分布满足亥姆霍兹方程。在给定条件下,对光场分布方程进行求解,获得了极化模 EH_nm^x和EH_nm^y 的表达式。通过计算机计算,得出了在3×8 mm²波导放电区中所存在的EH_1.16极化模归一化理论分布曲线,其曲线与实验观测结果符合得很好。     

抽运光与信号光的光强重叠因子和掺铒玻璃波导放大器的增益特性

在掺铒玻璃波导放大器（EDWA）的三能级速率-传输方程中,考虑两次离子交换工艺中波导掩模窗口宽度w不同所导致的抽运光、信号光模场与光强分布的不同,讨论不同w对EDWA增益特性的影响,得到光强分布的数值解.引入描述波导中抽运光和信号光的归一化光强重叠因子,对EDWA的传统近似解提出修正,得到了修正解,使其更加接近光强分布的数值解.模拟结果表明,在条波导长度为4 cm、抽运光波长为980 nm、功率为80 mW、信号光波长为1534 nm、功率为-10 dBm条件下,不同w所导致EDWA的增益差别可达297 dB.修正解的结果比传统近似解更加接近光强分布的数值解.修正解对于EDWA的理论研究、器件设计具有指导作用. 关键词： 集成光学 掺铒玻璃波导放大器 重叠积分因子 增益     

GRINSCH—SQW激光器波导特性的数值分析

采用折射率台阶近似法将梯度折射率分别限制异质结单量子阱(GRINSCH—SQW)激光器波导结构中的缓变折射率层离散成折射率近似为常数的亚层,从而推导出此波导的近似本征方程,并用数值计算求解出波导对于基模的等效折射率。在此基础上,通过计算波导中垂直于激光器结平面方向上的光强近场分布,计算出与激光器的阈值电流有密切关系的光学常数——激光器有源层的光限制因子P以及各种波导结构参数对P的影响,同时计算了激光器的远场图形。计算结果可用于GRINSCH-SQW激光器波导结构参数的优化设计。     

抛物折射率非线性平面光波导TE模的解析解

对由非线性上包层和抛物折射率分布的导波层构成的非线性光波导,严格求解了非线性波动方程,推导出导波模式的显式解析形式模方程和表达式。     

渐变折射率波导传播特性微扰计算的代数递推公式

应用量子力学的超位力定理（HVT）和赫尔曼－费恩曼（Hellmann-Feynman）定理（HFT），导出了用微扰法计算渐变折射率平面波导传播常数各级近似值的代数递推公式，并给出了由传播常数近似值计算模场近似表达式的代数式。计算了几个典型实例，此法的特点是便于直接计算任意级近似的传播常数及模场分布，且可推广到二维波导的计算。     

空间四波导的传输特性分析与应用

借助于Marcatili原理,将二维分布的空间四波导分解为波导横截面上两个垂直的五层平板波导的组合,提出适于用分离变量处理的解析模型。利用微扰方法对模型与实际结构的偏差进行了一级修正,给出了传播常量的一级和二级近似表达式、静态模场分布、耦合系数以及传输特性公式,并比较了此方法与有限差分直解波动方程和光束传输两种数值方法的计算结果,探讨了该模型的适用性和优点,并检验了其精确性。应用该理论设计了包含光纤到户交换机常用的1.31μm,1.49μm,1.55μm波长的四波长粗波分复用器件,其插入损耗为0.68 dB,通过进一步优化分离的输出端口和波导结构可以获得更好的性能。     

星形光波导耦合器的耦合特性分析

根据TE0模光波导的本征场分布、瑞利索末菲标量衍射积分公式和激励源与光波导耦合的匹配效率公式,给出光波导端面衍射和耦合的归一化发射系数和接收系数计算公式,推导出光波导端面非接触耦合的耦合效率计算公式。光波导模场分布采用高斯函数近似表达,给出简洁的计算光波导端面非接触耦合的耦合效率函数表达式。最后,基于星形光波导耦合器结构参量的特点,将累加运算采用积分运算近似表达,给出星形光波导耦合器接收光波导总的接收效率与耦合器基本参量的关系,阐明了星形光波导耦合器的耦合特性。     

有损金属圆波导中电磁波传输特性的研究

基于电磁模式的色散方程，研究了有损金属圆波导中电磁模式的传输问题.在考虑了损耗层厚度影响的情况下，得到了各模式传输常数的近似解析表达式，此式适用于截止频率附近.通过解析表达式和波导模式色散方程，对衰减常数和相位常数进行了大量数值计算，得到了它们随损耗层厚度、频率以及损耗层电导率的变化规律，两种方法所获得的结果有较好的一致性.研究表明，损耗强度和损耗层厚度的变化会改变波导中电磁模式的色散和简并特性，对于改善高功率回旋行波放大器中注波互作用带宽和模式竞争非常有益. 关键词： 有损圆波导 相位常数 衰减常数 色散方程     

The effects of carrier dependant nonlinear gain on quantum well VCSEL characteristics

In this paper, we present a numerical opto-electro-thermal model for studying vertical cavity surface emitting lasers operation. The model is applied to an index-guided structure with an oxide aperture and multiple quantum-wells in active layer. The interdependent process of carrier transport, heat generation and optical field are solved self-consistently using finite difference time domain in cylindrical system. The gain of quantum wells (QWs) is calculated based on the solution of Schrödinger equation considering heavy hole-light hole band-mixing effect. The calculated maximum gain versus injected carriers is fitted by a 3th order polynomial function and used in opto-electro-thermal model. The inclusion of QW maximum gain calculation for constant wavelength in the model allows us to study threshold current value and higher order transverse modes as well as their dependencies on variation of gain and refractive index induced by carrier and heat more accurately than linear gain approximation. The results show a lower threshold current compared with linear gain approximation. For injection current above the threshold, we consider the spatial hole burning, thermal lensing and self focusing effects.     

Threshold current density in ZnS/MgBeZnS quantum well ultraviolet lasers

We calculate optical gain coefficient and threshold current density in ZnS/MgBeZnS quantum wells (QWs) because ZnS/MgBeZnS QWs are useful for the fabrication of an ultraviolet laser on zinc-blende substrates. The threshold current density in a ZnS/MgBeZnS QW laser diode (LD) with a 10 nm ZnS active layer is calculated to be 1.63 kA/cm². By comparing the measured J _th in a CdZnSe/ZnSSe/ZnMgSSe QW LD with that calculated by us, it is expected that the threshold current density in ZnS/MgBeZnS QW LDs measured by experiment is larger than that calculated by our calculation method.     

Current Structures with Magnetic Shear in Space Plasma

Observations of current structures with magnetic shear by the Cluster satellite quartet in the magnetotail and the Wind satellite in the solar wind have been reported. In current structures with magnetic shear, the following structural features have been identified: (i) thickening of a current layer, (ii) plasma density distribution asymmetric with respect to the layer plane, and (iii) formation of an asymmetric current density profile. The kinetic features of the dynamics of ions in current layers with initial shear deformation have been considered. A mechanism has been proposed for the formation of self-consistent current sheets with a nonzero shear magnetic field component.     

透明导电薄膜ITO对浅面浮雕VCSEL的影响

对于顶面出光的浅面浮雕VCSEL结构,有源区的电流密度分布的不均性制约着单模稳定性的提高。为此,提出了一种新型结构:氧化铟锡透明导电薄膜(ITO)浅面浮雕VCSEL。该结构不仅能够增大高阶模式的阈值增益,还能够提高基模的增益,实现基模对高阶模式的稳定抑制。研究了ITO的厚度对阈值增益的影响及ITO对VCSEL有源区电流密度分布的影响。研究结果表明:在ITO的厚度为半波长的整数倍时,基模对高阶模式的限制作用最强;ITO通过改善VCSEL有源区的电流密度分布,达到了增大基模的增益和降低高阶模式增益的目的,同时还降低了串联电阻和外电压。     

基于Geant 4的介质深层充电电场计算

基于Geant4模拟了电子在Teflon介质中的电荷输运过程,获得了其内部的电流密度、剂量率和电荷沉积量沿深度的分布曲线,进而利用电荷连续性方程、泊松方程和深层俘获方程求解出Teflon中高能量、小束流电子辐照下的电场分布. 将介质平板充电过程简化为屏蔽铝板与分层介质组成的Geant4模型,电子源为1.0MeV,0.1pA/cm²的平面源. 通过记录经过各层介质的电子电量和各层介质内沉积能量和电子数目,用统计平均的方法获得了介质内电流密度、剂量率和电荷沉积量沿深度的分布规律. 介质内 关键词： 卫星 介质深层充电 Geant4 电场     

Some relations for the far-field distribution of semiconductor lasers with gain-guiding

Simple relations for the phase distribution of the fundamental mode of gain-guided lasers are derived, yielding simple, approximate analytic expressions for the far-field distribution parallel to the junction in the case of strong astigmatism. It is shown that the shape of the far-field distribution is essentially determined solely by the distribution of the effective refractive index parallel to the active layer. The relations may be used for any shape of the effective refractive index distribution to yield simple arguments as to why there are lasers which exhibit far-field distributions with double as well as triple maxima. Because of the simplicity of the expressions for the far-field distribution it is also possible to make an estimate of the shape of the carrier profile, once the near-field and far-field intensity distributions are known. In addition, a general relation between the normalized fundamental mode gain and the shape of the far-field distribution is given.     

基于混合表面等离子体波导的纳米激光器的研究

设计了一种带有金属脊和低折射率介质夹层的新型混合表面等离子体波导结构，利用有限元法对该结构进行了数值仿真。COMSOL Multiphysics软件是一款基于有限元法模拟真实物理现象的仿真软件。在COMSOL Multiphysics软件平台上，构建该结构的三维模型，使用模态分析和频域分析模块，研究了其电场分布、归一化模式面积、传输长度、增益阈值、品质因数。结果表明：在工作波长为370 nm时，所设计波导的光场约束可达到较好的深亚波长水平，同时保持大的传输长度。提出的带有金属脊结构与平坦金属层结构相比，波导特性更好。将该结构应用于纳米激光器，由基模和纵模反映出，激光器内光场分布稳定且集中在极小的面积内。在波导特性良好的情况下，该激光器可保持较低的增益阈值和较高的谐振腔品质因数。综合考虑，选取最优尺寸为ｒ＝80 nm, d＝45 nm，此时有效模式面积为0.005 1λ2，传输长度为1 668 nm，增益阈值为1.46×10-6 m-1, 品质因子74.5。最后，在最优尺寸下，通过仿真得到了该结构的发射光谱，其发射波长为360 nm，输出电能比输入电能增强了3 100倍。该结构为小型化和集成化的纳米设备提供了技术支持，在生物医学和光通信等领域有广泛的应用前景。     

电弧增材成形中熔积层表面形貌对电弧形态影响的仿真

电弧增材成形常采用单道多层或多道搭接的熔积方式,不同的熔积方式下对应的熔积层表面形貌不同,从而影响电弧的形态及其传热传质过程.本文建立了纯氩保护电弧增材成形的电弧磁流体动力学三维数值模型,以及不同表面形貌的熔积层模型,并在保持阳极与阴极之间距离和熔积电流不变的条件下,通过模拟计算获得增材成形特有的单道和多道搭接熔积条件下的不同表面形貌对应的电弧形态以及相应的温度场、流场、电流密度、电磁力、电弧压力分布.数值模拟结果表明:平面基板上起弧情况下电弧中心具有较高的温度、速度、电流密度以及压强;单道多层熔积情况下熔积层数对电弧的各个参量影响较小;多道搭接熔积情况下电弧呈非对称分布,电弧中心温度较前两者低,电流密度、电磁力和电弧压强的分布偏向熔积层一侧.