基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗，设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD-BPM)进行了模拟分析，发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关，并给出了条件表达式及其详细说明。     

波导调制器的光束传播法设计

以光束传播法分析马赫－陈德尔型波导电光强度调制器的波导宽度，Ｙ型分支角、调制电压等参量与器件特性之间的关系，有利于Ｍ－Ｚ波导电光调制器的优化设计。     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

Mach-Zehnder波导中TM波的FD-BPM分析

M-Z结构波导是许多集成光学器件中的重要组成单元。本文结合辐射透明边界条件(TBC)，由Maxwell方程导出了TM模有限差分光束传播法(FD-BPM)基本方程．用FD—BPM法系统地模拟了M-Z波导结构中TM模的传播情况，并着重对其结构进行了优化设计．取得了二维情况下的最佳尺寸。研究结果表明，该法在模拟分析集成光学中具有的有效性、方便性和优越性，为实际的设计制作提供了很好的模拟依据。     

高斯光束计算平板波导自由传输区远场分布及其修正

对近轴近似条件下求解亥姆霍兹方程得到的高斯光束显式传播公式做了分析，同时，基于基尔霍夫衍射理论，在菲涅耳近似的条件下给出了相应的高斯光束在远场的传播公式，在此基础上，对近轴近似条件做出了定量分析，给出了这个近似条件引入的误差，提出了一种计算高斯光束远场分布的修正方法，并采用有限差分-光束传播方法(FD-BPM)来检验各种方法的准确性。把这种修正方法应用到平面光集成波导器件，如阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)等器件的设计和模拟中，可以大大降低工作的复杂性，同时可以得到精确的结果。     

Mach-Zehnder结构波导调制器的模拟分析

 将三维级数展开法与光束传播法相结合，把标量光束传播法方程转化为一阶常微分方程组;在模拟中引入正切函数变换将无限平面映射为有限平面，避免了边界截断问题,与传统的BPM法相比，该方法具有计算方法简单和计算效率高的优点。运用该法分析了Mach-Zehnder结构的铌酸锂电光波导调制器，模拟了光场在器件中的分布情况，获得了这种调制器模场损耗曲线和最佳结构参数。     

掺铒聚合物光波导放大器的数值分析

针对掺铒聚合物光波导放大器(EDWA),提出了一种基于Douglas离散格式改进的有限差光束传播法(FD-BPM)的数值计算方法。对每一传输步长结合多能级速率方程计算出EDWA中光场传输强度分布,及掺铒光波导放大器的增益传输特性。设计并研究了掺铒聚合物通道波导和Y形分束器的放大增益特性。在掺铒聚合物直波导中,Er3 浓度为9.0×1025ions·m-3,输入信号和泵浦光功率分别为1μW和2mW,其增益为1.6dB/cm;在掺铒聚合物Y形分束器中,输出信号光分束比相等,并能实现无损耗分束。     

离子交换玻璃波导1×8多模干涉光功分器的研制

利用三维有限差分光束传输法 ( 3 D-FDBPM)对渐变折射率波导中自镜象效应进行分析与模拟 ,在此基础上 ,利用 K+ -Na+ 离子交换在国产 K9光学玻璃上制作了 1× 8多模干涉( MMI)光功分器 ,测试表明 ,该器件初步实现了光均分功能 .     

一种多模干涉耦合器的性能模拟

为减小多模干涉（Multimode Interference ,MMI）耦合器件的尺寸,提出一种多模波导宽度为指数型变化的Taper结构.理论分析了多模波导长度与该Taper结构的参量之间的关系.与已被用于减小MMI器件尺寸的抛物线型Taper结构相比,该结构可进一步减小器件的尺寸.就几种波导结构参量下的MMI耦合器,利用宽角光束传播法进行了数值模拟.结果表明,指数型MMI耦合器的性能与抛物线型MMI耦合器的性能类似.指数型Taper结构可以用于MMI器件以减小该类器件的尺寸.     

大截面单模半导体脊形交叉波导传输特性

运用光束传播法和有效折射率法分析了大截面单模半导体脊形交叉波导结构的传输特性，对Ｙ形，Ｘ形和加宽Ｘ形结构进行了比较。结果表明，在小交叉角时，三种结构具有相似的传输特性；在大交叉角时，它们表现出较大的差异。而在Ｙ型结构中，不存在模式干涉。     

基于广角FD-BPM的PML边界处理方法

本文提出了基于三阶Padé近似广角有限差分光束传输法(FD-BPM)的简单有效的完美匹配层(PML)边界处理方法.分别给出了该方法应用于斜波导和多模干涉(MMI)数值模拟的结果,并与用完全透明边界条件处理的模拟计算结果进行了比较.本文最后对基于广角FD-BPM的PML边界处理方法进行了优化.     

A Novel Three-Dimensional Wide-Angle Beam Propagation Method Based on Split-Step Fast Fourier Transform

A novel three-dimensional wide-angle beam propagation method based on the split-step fast Fourier transform is developed. The formulation is based on the three-dimensional Helmholtz wave equation. Each propagation step is performed by utilizing both the FFT and split-step scheme. The solution of Helmholtz wave equation does not make the slowly varying envelope and one-way propagation approximations. To validate the efficiency and accuracy, numerical results for a propagation beam in a tilted step-index optical waveguide are compared with other beam propagation algorithms.     

Microprism for Wide-Angle Low-Loss Y-Junction Waveguide

A wide-angle low-loss Y-branch waveguide with butterfly-shaped microprisms is designed. The microprisms not only compensate the phase difference but enhance the mode-conversion evolution in the branching region. Simulation results predict that a mode separation with low branching losses can be achieved in the wide-angle Y-branch. The transmitted power efficiency can be as high as 89 % for the branching angle up to 20 .     

基于平方根算符的2维广角有限差分波束传播法

有限差分波束传播法 (FD BPM)是模拟光在光波导器件中行为特性的重要数值方法 ,它的模拟精度决定于它的帕德 (Pad啨)展开阶数以及计算步长 ,阶数越高或计算步长越小精度就越高 ,但是计算时间就越长。为了在比较低的阶数和适中的步长下获得较高的计算精度 ,从平方根算符出发 ,运用了一些试探性的展开方法对平方根算符进行处理 ,得到 3种 2阶广角波束传播法计算公式 ,数值计算表明这些公式比传统广角波束传播法的 2阶计算公式具有更高的精度 ,而且可以将该试探性处理方法推广到更高阶的广角波束传播法。     

数值模拟980nm锥形半导体激光器输出特性

具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景.本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM),对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟,详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P...     

Full-vectorial finite-difference beam propagation method based on the modified alternating direction implicit method

A modified alternating direction implicit algorithm is proposed to solve the full-vectorial finite-difference beam propagation method formulation based on $H$ fields. The cross-coupling terms are neglected in the first sub-step, but evaluated and doubly used in the second sub-step. The order of two sub-steps is reversed for each transverse magnetic field component so that the cross-coupling terms are always expressed in implicit form, thus the calculation is very efficient and stable. Moreover, an improved six-point finite-difference scheme with high accuracy independent of specific structures of waveguide is also constructed to approximate the cross-coupling terms along the transverse directions. The imaginary-distance procedure is used to assess the validity and utility of the present method. The field patterns and the normalized propagation constants of the fundamental mode for a buried rectangular waveguide and a rib waveguide are presented. Solutions are in excellent agreement with the benchmark results from the modal transverse resonance method.     

自聚焦材料弧形全光开关的研究

应用光束传播法,比较基于自聚焦和自散焦材料的全光波导开关的开关特性,指出基于自聚焦材料的全光开关具有较低开关功率、数值化多次开关特性等优越性,并对波导参数进行了全面的优化设计。     

用于光通信的MMI型GaAs光功分器的研制

本文设计了一种能直接与单模光纤阵列相耦合的MMI型光功分器.首先采用导模传输分析法,给出了MMI型光功分器的工作原理,在此基础上完成了MMI型光功分器的设计.最后根据所确定的器件结构参量,用有限差分光束传输法分析了器件结构参量对器件性能的影响.