基于逆向设计的片上太赫兹解复用器和光栅耦合器

太赫兹解复用器和光栅耦合器的传统构建方法需借助经典理论和经验计算,故它们的设计流程复杂,而且性能依赖于单元结构参数。随着逆向设计方法的提出及应用,该方法可以在限定大小的基片上设计出符合功能需求的器件结构。基于此,将逆向设计方法应用于太赫兹解复用器和光栅耦合器的设计,器件的尺寸分别为3 mm×3 mm×200μm和12 mm×12 mm×200μm。FDTD(Finite-Difference Time-Domain)的仿真结果表明,太赫兹解复用器能够将一束含两种频率的太赫兹波完美地从两个端口分离,并且透射率在0.500 THz和0.417 THz频率处均高达0.75以上,其相邻通道间的串扰低于-19 dB。太赫兹光栅耦合器的耦合效率在0.32 THz频率处高达0.85。     

耦合器分光比的精确控制

利用矩形近似理论对用熔锥法制作的耦合器分光比进行了分析。结果表明,影响分光比的主要因素为耦合区长度。给出了两者间变化的理论公式,并在实验中得到了证实。CorningSMF28光纤耦合器分光比随耦合区长度变化的实验值为0 04%/μm,实验值与理论值基本一致。通过调节耦合区长度,得到了精确的50∶50分光比的光纤耦合器。     

带补偿电极的高消光比定向耦合器开关

研究了对称结构定向耦合器开关的工作原理 ,用正交模理论结合制造工艺条件分析了影响对称结构定向耦合器开关消光比的因素。提出了提高对称结构定向耦合器开关消光比的方法。理论分析及模拟计算结果表明 :在对称结构定向耦合器开关的分支区加上一对补偿电极后可以获得较高的消光比。     

基于达曼光栅的动态光耦合器

提出了一种基于达曼光栅的动态光耦合器,通过控制装置中达曼光栅位移参量,可实现入射光束的分束或合束以及两者之间的动态转换。适当选择达曼光栅类型可实现任意N×M的动态光耦合。实验中以1550 nm光波长为例,对1×8达曼动态光耦合器进行测量,测得其实现光开关功能时插入损耗为0.43 dB,实现光分束功能时均匀性达到0.03,单路插入损耗均值为10.5 dB。该实验装置易于调节、体积小、能耗低,且关键元件达曼光栅制作工艺成熟,易于批量化生产。特别是在实现中大规模光交换阵列时,该方案就具有更明显的优越性,有实用意义。     

基于非线性定向耦合器的光二进制逻辑器件

本文提出了一种新的非双稳态光学逻辑器件,它由一个双端输入的非线性光波导耦合器产生相应的输入输出波形,再经过多级单端输入的非线性耦合器进行波形限幅和整形,以获得阶跃开关特性.通过理论计算说明适当选择输入条件,这种器件可以实现所有六种基本的二进制逻辑运算功能:与、或、与非、与或、异或和同或.     

氮化硅片上光栅耦合器的优化和实验

在785 nm激励的拉曼片上传感器结构中,氮化硅片上光栅耦合器的性能直接关系到激励光的耦合效果。首先建立了光栅耦合器的二维、三维结构模型,采用时域有限差分（FDTD）仿真软件对光栅耦合器进行数值分析。以耦合效率为主要性能指标,分析了光源入射角度、光栅常数、光栅高度、填充因子和光栅刻蚀深度各参数的影响。采用电子束光刻法制备了光栅耦合器。最后,对三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器进行了测试。结果表明,二维波导光栅耦合器的性能最好,其耦合效率可达39.64%,三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器在实际测试中的耦合效率能达19.91%。光栅耦合器能有效将光耦合进波导中,在波导传感中具有潜在的应用。     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖研究

实验研究了熔锥型保偏光纤耦合器分光比随入射单色线偏振光偏振方向的旋转所呈现的周期性,验证了保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖特性.借鉴已成熟的单模光纤耦合器的倏逝场耦合模理论,对这一偏振依赖分光比的周期性规律提出了一种理论解释.在实验结果的规律性基础上,经验拟合出了分光比与单色线偏振光输入偏振角的函数关系.     

矩形芯双沟道定向耦合器耦合长度的变分计算

本文的主要内容是分析并计算光频波段的矩形芯双沟道定向耦合器的耦合特性,利用变分法求解耦合长度。所得结果精确度高,物理图像清晰,计算简便且易于推广。     

光隔离器和耦合器设计的量子共振原理

本文应用光流线量子力学方程，模拟隔离器或耦合器界面间隙为折射率势阱，经过理论分析，发现光能流通过界面热阱存在共振阳关道效应，并且共振隧穿由阱源和阱宽调节，进而找到光透射率为1的理论极限。     

基于伴随法逆向设计的硅基分模器

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE₀和TE₁双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示：当输入TE₀模式时,中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB;当输入TE₁模式时,插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB;工作带宽覆盖150 nm时,TE₀和TE₁模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差,两种模式的插入损耗低于0.79 dB,串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统,为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。     

分光比可调的V形槽光纤耦合器

本文提出并分析了V形槽光纤耦合器进行光束耦合的可能,认为纤芯和包层的折射率一定时对应确定的a值,此时通过槽面折射法可以达到理想的分光比可调的耦合分束目的,并给出该类器件分光比的表达式.采用槽面内反射方法只能进行耦合而不能分束.     

功率分配比大范围可调的光功率分配器集成芯片

光功率分配器(OPS)是光子集成电路的基本元件之一,广泛应用于多种领域.功率分配比(PSR)可调的OPS可提高光子集成电路的灵活性,简化光子集成电路系统.提出了一种硅基PSR大范围可调的OPS集成芯片方案,通过将对称2×2多模干涉仪、波导光栅和狭缝结构等硅基器件结合在一起,并改变输入光信号的波长和微型热光调制器两端加载...     

一种基于多模干涉耦合器的模转换与合并器件的设计

多模波导干涉（MMI）耦合器在集成光路中被用来实现波导模式的转换或合并。对于实际的基于硅绝缘体（SOI）的三维波导，数值设计方法是必需的。采用有限差分波束传输法（FD-BPM）设计了一种66％模式转换、合并器。首先由FD-BPM求出MMI耦合器的输入、输出波导所支持的基模和一阶导模的模场分布，通过数值方法得到MMI耦合器的长度，然后将求得的模场作为输入波场，经过FD-BPM运算后在器件输出面上计算交叉积分得出实际的由基模转换为一阶模的功率百分比。对于算例中采用的SOI波导，器件长度为829μm，65．7％的功率由基模转换为一阶模。     

一种实现光纤耦合器分光比微调的新方法

随着光纤通信技术的不断发展,光纤通信中至关重要的光无源器件——光纤耦合器,其使用量正在不断的增加。如何提高光纤耦合器的成品率已成为一个很重要的问题。通过对具有一定分光比的未封装的窄带光纤耦合器的一端进行固定和在另一端进行扭转,可以实现耦合器分光比的微调。实验表明,对耦合器施加扭转力矩会使耦合器的分光比发生一定的变化,并且在扭转的过程中附加损耗的变动很小。利用这一特性可以对偏离预定分光比的耦合器的分光比实现微调,从而可得到更符合要求的分光比,提高了成品率。     

一种硅基SiO2波导耦合器的设计与分析

波导耦合器是组成光纤传感系统和光纤通信系统光收发组件及模块的重要元器件,是实现光收发模块一体化光电集成的基础。给出了一种用光纤陀螺系统的X型四端口波导耦合器的工作原理,采用有效折射率法和BPM(Beam propagation method)法建立了耦合器的数学模型,计算并分析了耦合器尺寸在尽可能小的情况下和在满足单模传输的条件下耦合器的耦合系数、有效耦合长度、分光比以及回波损耗等参数之间的关系,并对其关键技术进行了系统的研究。仿真结果表明,所设计的波导耦合器在低损耗情况下分光比可达到50%∶50%,耦合器全长为33.5mm,输入输出波导间距为410μm,芯层截面积为6μm×6μm。     

基于三波导定向耦合器的紧凑型偏振分束器的设计

为了提高偏振分束器的消光比,利用混合等离子体波导和条形介质波导之间的非对称定向耦合特性,设计了由两个尺寸不同的硅波导和一个中间输入混合等离子体波导组成的偏振分束器,采用三维时域有限差分法对偏振分束器的结构和性能进行优化.实验结果表明:混合等离子体波导中TE和TM模式的双折射率对比通过介质加载波导增强,可获得超紧凑的结构...     

匹配液的折射率对光纤定向耦合器分光比的影响

本文从理论和实验二个方面研究了光纤定向耦合器中使用不同折射率的匹配液对其分光比的影响。做出了分光比在1/1～1/30之间变化的光纤定向耦合器。     

高消光比定向耦合器开关设计

首先对对称结构定向耦合器的原理作介绍,分析造成该定向耦合器消光比降低的各种影响因素,提出一种带补偿电极的对称结构定向耦合器的设计方案.这一方案可以补偿制造工艺过程中的误差对耦合器的不良影响,提高耦合器的消光比.     

变耦合系数非线性三波导定向耦合器特性研究

报道了对高斯型及指数型变耦合系数三波导耦合器的一些重要的全光开关特性进行的研究。利用四阶龙格一库塔方法对指数型和高斯型两类变耦合系数三波导耦合器进行了数值计算。数值计算结果表明：对于变耦合系数三波导耦合器而言,功率可在波导1与波导3之间100％转换,而波导2则不可能达到100％的功率输出。与双波导变耦合系数耦合器相比,在相同的最大耦合系数情况下三波导变耦合系数耦合器开关曲线要更陡一些．即具有更好的开关特性。与平行三波导耦合器相比,变耦合系数三波导耦合器作为光开关的最大优点在于开关曲线中不存在振荡。