三维脊型光波导模斑转换器的设计和优化

在三维有限差分束传播法对脊形光波导的结构参数分析和优化的基础上,对单模光纤和脊形光波导连接耦合用模斑转换器进行了深入的研究,重点分析了影响模斑转换器性能的各种因素,如侧面边界、长度、大端宽度和厚度,以及连接光纤和模斑转换器的过渡波导的有关参数.仿真结果表明,三维锥形光波导模斑转换器大端宽度和厚度在11.5~13.5μm和4.5~6.5μm之间,且长度为200~500μm时插入损耗可低达2dB,比二维锥形光波导模斑转换器的插入损耗约减小2dB,其对横向偏移的容差也远远高于二维锥形光波导模斑转换器,合理的使用非线性边界的模斑转换器可以获得比线性边界的模斑转换器更小的插入损耗;过渡波导的宽度、芯层厚度应和三维锥形光波导模斑转换器的大端宽度和厚度一致,且其长度为150μm左右时损耗较小;另外,此类模斑转换器在减小耦合损耗的同时,还可以有效的进行光波模式的转换.     

用平面映射边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导

用平面射映边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导的结果表明，耦合脊形光波导的耦合能力随脊高增加而减小，随波导间距增加呈指数衰减。给出了耦合脊形光波导所承载的偶、奇模电场分布，其结果与采用其它方法得出的结果吻合得较好，可以优化波导光电子器件的结构参数。另外，平面映射边界条件避免了非物理反射，待求矩阵小，计算效率高。     

基于系统辨识的平面光波导谐振腔滤波器仿真实验研究

分别用时域有限差分仿真算法和系统辨识算法对GaAlAs/GaAs单环谐振腔滤波器的滤波特性进行了仿真计算并进行了对比.结果表明：两种算法获得的滤波器的滤波特性基本一致,系统辨识算法比时域有限差分算法可节省一定的计算时间.以仿真模拟为基础,设计、制作了GaAlAs/GaAs平面光波导单环谐振腔滤波器.仿真计算的滤波器滤波特性与实际器件测试结果吻合较好,通带半宽约为13 nm.     

Full-vectorial analysis of optical waveguides by the finite difference method based on polynomial interpolation

Based on the polynomial interpolation, a new finite difference (FD) method in solving the full-vectorial guided-modes for step-index optical waveguides is proposed. The discontinuities of the normal components of the electric field across abrupt dielectric interfaces are considered in the absence of the limitations of scalar and semivectorial approximation, and the present FD scheme can be applied to both uniform and non-uniform mesh grids. The modal propagation constants and field distributions for buried rectangular waveguides and optical rib waveguides are presented. The hybrid nature of the vectorial modes is demonstrated and the singular behaviours of the minor field components in the corners are observed. Moreover, solutions are in good agreement with those published early, which tests the validity of the present approach.     

用基于磁场的改进型有限差分法分析光波导的全矢量本征模

提出一种改进的有限差分法,用以求解全矢量磁场波方程,分析光波导承载的全矢量本征模.离散交叉项时,采用与波导结构无关的六点差分格式,考虑磁场分量的导数在芯包分界处的不连续性,比传统四点差分格式有更高的计算精度.分析阶跃型光纤、矩形和脊形光波导的全矢量本征模问题,给出全矢量基模的磁场分布及其归一化传播常数,揭示全矢量本征模的混合特性,所得结果与解析法、高精度模横向谐振法的结果吻合,验证了方法的收敛性与计算精度.