铌酸锂薄膜器件脊形波导和光纤耦合特性研究

铌酸锂薄膜因其优异光学性能及容易与结构紧凑的光波导等器件相集成等诸多优势,目前已经成为可调谐Fabry-Perot滤波器、电光调制器等器件领域向集成化和微小型化趋势发展的首选光学材料。由于光波导和光纤的尺寸差异而引起了严重的模场失配使得光纤与光波导耦合时存在着较大的插入损耗问题。仿真分析了超高数值孔径光纤和脊形波导直接耦合时,其光场模式分布、折射率、耦合效率和耦合损耗等关键性能的相互影响。结果表明当刻蚀深度和宽度分别为300 nm和0.8μm时,铌酸锂脊型波导与单模光纤（UHNA7）的耦合效率可达33.8%,而耦合损耗为4.71 dB。仿真比较了上包层材料替换为二氧化硅和氮化硅材料时,脊型波导和单模光纤的耦合效率显著增加到63.4%而耦合损耗被降低到1.98 dB。     

耦合谐振器光波导旋转传感的相位灵敏度

利用光学谐振器结构的色散可提高旋转传感的灵敏度, 耦合谐振器光波导可实现强色散, 本文利用传输矩阵理论, 研究耦合谐振器光波导旋转传感的相位灵敏度, 讨论谐振器布局和波导参数对相位灵敏度的影响, 结果表明波导的相位曲线和相位灵敏度依赖于波导中谐振器的布局, 谐振器数量和耦合系数不仅会影响波导旋转传感相位灵敏度曲线峰值的数量和带宽, 还会影响相位灵敏度的大小, 而损耗会降低波导的相位灵敏度, 本文的结果可用于利用谐振器布局和波导参数设计耦合谐振器光波导的相位灵敏度, 对其在旋转传感方面的应用有重要意义. 关键词： 谐振器 旋转传感 光波导     

快速计算阵列波导光栅波导耦合系数的修正重叠积分方法

提出了一种修正的重叠积分方法用以计算阵列波导光栅(AWG)波分复用器件中光从自由传输区域到阵列波导的耦合系数,并和光束传播法(BPM)数值方法计算得到的结果做了比较通过比较分析,得出结论:当波导中心距不是太小时,用修正重叠积分这一快速方法是合适的.     

光纤定向耦合器

光纤定向耦合器是光纤通信和光纤传感领域中关键性无源器件之一.随着光纤制造技术 的发展,各种特殊光纤做成的各种光纤定向耦合器也就应运而生,如保偏光纤定向耦合器、双方向性单模光纤定向耦合器及波分复用光纤定向耦合器等.他们的作用都是把光信号进行分路或合路,以达到各种使用的目的. 光纤定向耦合器的理论基础是光波导的耦合理论.当两个光纤平行靠近时,一根光纤中传输的光信号的电磁场会使另一根相邻的光纤中的电磁场受到激励,产生光耦合效应.调节两根光纤之间的间距或光纤之间的耦合长度,在两根光纤的输出端将会产生输出光信号功率的…     

圆弓形散射元构建的耦合波导的慢光特性研究

选取高品质因数的圆弓形散射元微腔构建耦合波导,通过改变散射元参数和耦合腔散射元平移等方法,得出光子晶体耦合腔波导结构的慢光变化规律,并实现很好平带下的极高群折射率。模拟结果显示,不同微腔个数的耦合波导,通过调整短轴/长轴之比和散射元平移等方式,不仅可以获得各种平带慢光曲线,还可以获得群折射率从4.10×104到1.35×105的超低慢光结构。     

圆弓形散射元构建的耦合波导的慢光特性研究EI北大核心CSCD

选取高品质因数的圆弓形散射元微腔构建耦合波导,通过改变散射元参数和耦合腔散射元平移等方法,得出光子晶体耦合腔波导结构的慢光变化规律,并实现很好平带下的极高群折射率。模拟结果显示,不同微腔个数的耦合波导,通过调整短轴/长轴之比和散射元平移等方式,不仅可以获得各种平带慢光曲线,还可以获得群折射率从4.10×104到1.35×105的超低慢光结构。     

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。     

三个非平行波导间的耦合

提出一种分析非平行波导的简明方法…耦合系数推广法,把非平行波导几何图形的变化直接转化成波导耦合系数中波导间距的变化．即对耦合系数进行了巧妙的推广．把波导间距的变化以指数的形式潜人到耦合微分方程中,建立了非平行三波导系统的耦合方程。这些耦合方程包含了非平行波导传输的全部信息,即非平行波导输出光的振幅和相位,非平行传输波导的长度及其夹角．非平行波导输人端口的间距,能量转换与波导参量的关系等。对这些微分方程作巧妙的数学变换,得到非平行三波导耦合系统输出光的完整分析解,分析和讨论了对称和不对称输人初始条件下三个非平行波导的耦合情况。由此可以优化非平行波导的设计参量。     

多波导阵列耦合研究

提出了一种求解波导阵列耦合特性的方法.采用拉普拉斯变换,将同时考虑相邻和次相邻波导耦合作用的波导阵列耦合模方程组变为一个线性方程组,利用矩阵的LU分解法(将系数矩阵分解为单位下三角阵L与上三角阵U的乘积)求出该线性方程组的解.然后根据给定的初始条件进行拉普拉斯变换反演,求出耦合模方程组的解.采用该方法研究了五波导阵列,光从中间一个波导入射和从五个波导入射时的耦合特性,给出了每个波导中光功率变化规律曲线,并将所得结果与同样条件下仅考虑相邻波导耦合的结果做了比较.采用该方法可以求出任意数目波导组成的阵列,考虑任意波导之间耦合的耦合模方程组的解.     

实现暗态的三芯耦合波导设计及其非线性脉冲传输特征

暗态效应被广泛应用于量子信息处理.通过纤芯结构的设计,在三芯耦合波导中实现了该量子效应,并数值研究了非线性对暗态的影响.研究发现,在几个耦合长度内,当波导1中的输入为归一化功率等于1的低能量光脉冲时,波导2与3中没有光传输;当入射光的归一化功率增大到1000时,波导2与3中依然没有明显光传输,且对比度超过4个数量级.然...     

基于硅光波导非线性效应的色散监测技术研究

色散监测是实现高速光通信的一项关键技术,利用光波导器件的非线性效应进行色散监测可以实现集成化。硅光波导具有强烈的非线性特性,其非线性折射率系数约为5×10~(-18)m~2/W。当信号光和抽运光耦合后通过硅光波导,会产生自相位调制(SPM),交叉相位调制(XPM)等非线性效应,这些效应都能引起光谱的变化。光通信链路中存在的不同色散值会使得信号波形发生变化,波形变化的信号会在硅光波导中产生不同程度的SPM,XPM效应。通过合理设置滤波器的中心频率和带宽,同时测量由SPM,XPM效应产生的光谱变化结果,可实现对链路中残余色散的监测。研究表明色散监测范围可达±40 ps/nm。     

光在近耦合波导结构中的传输性质分析

从理论上讨论了光在两根相互耦合的波导中传播的性质，通过束传播法从数值模拟上对光在两根及三根相互耦合的波导中传播的特性进行了分析。得出光在两种近耦合波导结构中传输具有的特性分析结果。     

光波导脉冲耦合器研究

提出并实验了一种新的波导型脉冲耦合器的构成和动作机理,将光阻断效应表现的光粒子性和分支波导模式耦合表现的光波动性在光波导载体上有机结合起来,用全光学方式实现了输入作用电脉冲与输出同步电脉冲之间的脉冲耦合动力学过程.     

微环耦合谐振光波导中的色散控制模型与数值仿真

本文利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导的色散关系,讨论了耦合损耗、传输损耗及耦合系数对微环耦合谐振光波导色散的影响,改变耦合损耗、传输损耗及耦合系数可控制其色散曲线的形状、位置、以及带宽,色散曲线的变化及控制对微环耦合谐振光波导在滤波、光信号延迟及缓存等方面的应用有重要意义. 关键词： 光波导 微环光波导 传输矩阵法     

新型波导阵列电光扫描器特性研究

利用有限差分光束传输法研究了波导耦合对波导阵列电光扫描器传输特性和扫描特性的影响.结果表明：耦合对其传输特性和扫描特性的影响明显;只有在一定条件下,对其影响才较小,可以忽略.由此可知,在设计光波导阵列结构时,考虑波导耦合效应是至关重要的.进一步,提出了描述光波导阵列电光扫描器的技术指标,并研究了该扫描器的结构优化设计问题.     

AWG中波导间耦合造成的相位畸变的分析

用(1,1)阶Pad啨近似的广角BPM计算了阵列波导光栅(AWG)中由于阵列波导间耦合造成的相位畸变以及由于相位畸变引起的相位误差分别考虑了光从中心/非中心输入波导入射两种情况结果表明,波导间的耦合会造成显著的相位畸变,但由此引起的相位误差却很小,光从中心输入波导入射时对应的相位误差10-3rad,从非中心输入波导入射时的相位误差约为10-2rad针对波导阵列边缘效应引起的相位畸变,设计AWG结构时,在阵列部分两侧增加了边缘辅助波导结构,从而消除了边缘效应,使得边缘阵列波导对应的相位误差从10-1rad量级减小为10-3(10-2)rad量级.     

双光子吸收对光子晶体定向耦合全光开关的影响

利用时域有限差分方法,在非线性条件下,考虑双光子吸收效应的同时,建立了分析2维光子晶体定向耦合波导光开关的模型。数值计算结果表明,对于长度较短的波导耦合器件,在强控制光和非线性条件下,双光子吸收效应会对波导的耦合作用产生一定的影响,从而改变入射光的透射特性,使光开关控制的动态过程发生变化。故而在设计全光开关器件时,对强控制光条件下的非线性双光子吸收效应有必要作为影响因素考虑进去。     

面向光印刷电路板的聚合物光波导制备及性能研究

选用紫外固化型环氧树脂,采用光刻技术在FR-4基板上制备了平行排布的多模聚合物光波导。波导具有阶跃折射率分布,相邻波导间隔为250μm,可与并带后的50μm芯径多模光纤实现多通道低损耗耦合。通过搭建测试平台,对波导的插入损耗、串扰及错位容限进行了测量与分析。实验结果表明,所制备光波导的损耗小于0.05dB/cm,串扰小于-60dB。波导在错位容限方面性能良好,当输入端错位±5μm时,系统增加的插入损耗小于0.2dB。同时根据实际波导建立仿真模型,采用光束传播法分析了不同入射条件下的模式能量分布、差分模式延时及耦合效率。计算结果表明,使用与波导具有相近纤芯尺寸的入射光纤不仅可以减小耦合损耗和串扰,还能减少激发起的高阶模式数,提高波导的距离带宽积,优化光波导的综合传输性能。所制备的聚合物光波导作为组成光印刷电路板的核心光器件具有良好的应用前景。     

双光子吸收对光子晶体定向耦合全光开关的影响

 利用时域有限差分方法,在非线性条件下,考虑双光子吸收效应的同时,建立了分析2维光子晶体定向耦合波导光开关的模型。数值计算结果表明,对于长度较短的波导耦合器件,在强控制光和非线性条件下,双光子吸收效应会对波导的耦合作用产生一定的影响,从而改变入射光的透射特性,使光开关控制的动态过程发生变化。故而在设计全光开关器件时,对强控制光条件下的非线性双光子吸收效应有必要作为影响因素考虑进去。     

多波导定向耦合器耦合特性

利用拉普拉斯变换,将多波导定向耦合器的耦合模方程组变换为三对角线性方程组,并采用追赶法求出了该方程组的通解;进一步,给定初始条件,进行拉普拉斯变换反演,即可严格地求出该耦合模方程组的解。采用该方法研究了5波导定向耦合器光从一个波导入射和等光强从5个波导入射时的耦合特性,求出了耦合模方程组解的解析表达式,给出了每个波导中光功率变化规律曲线。利用该方法,可很方便地求出任意有限数目波导组成的定向耦合器在任意入射条件下耦合模方程组的解,因此对于多波导定向耦合器结构的合理设计,具有非常重要的意义。