光纤光栅马赫-曾德干涉仪条纹信号的傅里叶分析

基于长周期光纤光栅马赫-曾德干涉仪的频分复用技术是实现光纤多参量传感的重要途径.研究了频分复用中复合条纹信号的傅里叶处理方法,分析了傅里叶频谱中和频与差频信号的幅值与单个干涉条纹信号的关系,提出了抑制和频与差频信号的有效方法,即改变光栅结构参量适当降低中心波长处的条纹对比度以提高频谱信号的信噪比,增加特征频谱滤波的有效性.结果表明:经过优化调整的傅里叶频谱信噪比可以提高至原来的2倍以上;对比频谱调整后恢复相位的余弦曲线与原条纹信号发现,频谱信噪比提高的同时保留了反映各单个原条纹特征的足够相位信息.该光谱优化方法可为基于光纤光栅马赫-曾德干涉仪和频分复用的光纤多参量传感技术提供理论与技术指导.     

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。     

波导厚度变动、偏振变动以及折射率变动脱敏高分子宽带耦合器设计

针对高分子光波导在制造工艺中波导芯厚度难以控制、芯层和包层的折射率差变动时的随机性以及材料各向异性引起的偏振态依赖性等实际问题,提出了采用抗波导芯厚度误差、抗折射率差变动和抗偏振变动的宽带波导耦合器回路结构的解决方案,给出了设计的理论和方法。在实测数据的基础上,进行了带宽为120nm的3dB氟化聚酰亚胺波导耦合器设计。由该器件的三维BPM仿真结果表明,在上述带宽上,波导芯厚度的变动范围为7～8μm、相对折射率差变动范围为0 24%～0.30%,两个正交偏振态都具有(50±2.0)%功率输出比的良好特性。     

光纤扰动入侵监测系统的设计

当光纤受到扰动时,通过光纤中的光将发生强度、振幅、或相位等变化。通过检测这种光的变化量可以探测外界的入侵行为。基于马赫-曾德尔干涉原理设计了一种新型干涉式光纤入侵监测系统。通过光纤对入侵者的振动敏感,实现对入侵准确定位。通过差分检测提高了检测灵敏度,从而实现相位变化的解调。该系统结构简单,检测灵敏度高,抗电磁干扰能力强,可以实现远程监测。     

阵列波导光栅波分复用/解复用器光谱响应效率的理论模型

基于单模光波导的本征模场分布,瑞利－索末菲衍射积分公式和天线原理的互易定理,给出耦合器中两个非接触平面光波导耦合特性的描述.基此,根据等光程差不等振幅多光束干涉的光场叠加原理,推导出新颖的阵列波导光栅波分复用/解复用器的光谱响应效率的解析函数表达式,这些表达式可为快速精确分析阵列波导光栅波分复用/解复用器的特性提供理论基础.同时,介绍了一个计算阵列波导光栅波分复用/解复用器特性的例子,给出其光谱响应度和信号通道串扰.     

不同模式耦合下偏振模色散几率分布的研究

研究了偏振模色散的统计特性,在不同模式耦合条件下,应用蒙特-卡罗方法模拟偏振模色散矢量的几率分布,并对模拟结果进行了函数拟合。发现随着耦合次数增加差分群时延的几率分布从一个类似δ函数分布逐渐过渡到麦克斯韦分布;在一定的耦合下,几率分布可以呈现高斯分布。对偏振模矢量的两个方向余弦进行统计分析,发现随着耦合次数的增加,偏振模矢量两个方向余弦函数的分布从高斯分布和δ函数分布都变为均匀分布。     

光学材料热光系数的精确测量——“热光系数仪”

本文介绍用于光学材料系数精确测量的“热光系数仪”。该仪器采用两种干涉仪组合、微机控制和数据采集处理等设计方案,实现了高精度测量。低温区热膨胀系数α、折射率温度系数β热光系数W的测量精度可达±3×10~(-7)°C~(-1)。     

一种级联马赫-曾德尔滤波器设计的新方法

级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器可实现平顶化的滤波器频谱响应,但是利用传统的传输矩阵法。并不能方便地得到级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器中各耦合器的耦合系数。将级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器与数字信号处理中的有限脉冲响应滤波器进行了类比,并将数字滤波器的设计方法引入到级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器的设计中,将滤波器的传输函数表示成为各耦合器耦合系数的显式函数,同时利用遗传算法,计算了对于给定的滤波器频谱响应,级联马赫—曾德尔干涉仪光滤波器中各耦合器的耦合系数。通过实例证明了利用数字滤波器的设计方法及遗传算法设计级联马赫—曾德尔干涉仪光滤波器,不仅可以得到理想的结果,而且可以提高光滤波器的设计效率。     

Graphical Representation of the Supermode Theory of a Waveguide Directional Coupler

A novel graphical representation of the supermode theory of a waveguide directional coupler based on phasor analysis is described. Following this approach, dependence of the magnitudes and phases of the output fields on the splitting ratio of a directional coupler is discussed. Both the cases of phase-matched (identical) and non-phase-matched (non-identical) waveguides constituting a directional coupler are investigated. This approach directly illustrates the fact that the phase shift suffered by the coupled light relative to the throughput light is π/2, regardless of the splitting ratio for identical guides, which is not the case for couplers with non-identical waveguides. It also yields additional information about the phases of the output fields of a directional coupler. The usefulness of this approach in the context of wavelength-flattened couplers, wavelength division multiplexing couplers, and polarization effects in directional couplers is also discussed. This approach should also be helpful in the analysis of guided wave interferometric devices such as wavelength interleave filters and modulators, based on concatenated directional couplers.     

含氟聚酰亚胺光波导120 nm宽带耦合器的抗温度变动设计

提出一种适合于宽带光波导耦合器的抗温度变动的优化设计理论和方法。使用该理论和方法 ,在 1490～16 10nm带域上 ,对含氟聚酰亚胺光波导做了宽带光波导 3dB耦合器的抗温度变动设计。器件经三维波束传播法模拟运行验证 ,结果表明 ,在 12 0nm带宽上 ,从零下 10℃至零上 40℃的温度变动中 ,器件实现了 ( 0 .5 0 0± 0 .0 0 7)功率输出比的良好特性。同时报道了含氟聚酰亚胺薄膜波导的制备工艺及其温度特性和色散特性的测试。     

Ultra-compact directional couplers and Mach-Zehnder interferometers employing surface plasmon polaritons

Optical directional couplers and Mach-Zehnder interferometers employing surface plasmon polaritons are proposed and their characteristics are analyzed numerically using a finite-difference time-domain method. It is shown that these devices can have transverse size smaller than the incident wavelength and can then be regarded as true subwavelength photonic elements. The ultra-compact characteristic of these devices can be utilized as a basis of next generation of integrated photonic circuits. Furthermore, calculations also show that these devices behave differently from their traditional all-dielectric counterparts. For the proposed optical directional coupler, the phase difference between the two output ports will no longer be 90° even when the two ports have the same power outputs.     

耦合角度对平面波导叠加型光栅解波分复用性能的影响

利用玻璃材料的光敏性可在平面波导中制作出具有解波分复用功能的叠加型光栅,根据耦合模理论对这种平面波导叠加型光栅的解波分复用特性进行研究,发现了入射角度通过改变耦合系数会对光栅的反射率和带宽产生影响：当入射角度较大时,单个光栅的反射率虽稍有增大,但带宽变宽;而在入射角度较小时尽管其反射率稍有下降,但带宽却显著变窄.因此在光栅设计时必须综合考虑反射率和带宽的要求以获得更好的解波分复用性能.     

Simultaneously All-Optical Inverted and Noninverted Wavelength Conversion Employing Ultra-Small Silicon-on-Insulator Waveguide

We propose single-to-dual all-optical wavelength conversion based on stimulated Raman effect on silicon waveguides. Simulation results of non-return-to-zero (NRZ) pseudorandom bit sequence (2⁷–1 code) at 10, 50, and 200-Gbit/s rates of conversion in an ultra-small silicon-on-insulator waveguide are presented. The main goal in the proposed scheme is that the converted signal can be obtained simultaneously inverted, at the 1550 nm channel (down-conversion) and non-inverted, at the 1846 nm channel (up-conversion), for original signal fixed at 1686 nm.     

平面弯曲波导耦合器的特性分析

根据耦合模理论和弯曲波导耦合器的结构特点,对平面弯曲波导耦合器的特性进行了分析,结果表明弯曲波导耦合器的弯曲半径和最小间距两个可调变量,增加了波导器件设计的灵活性;同时由于等效耦合长度的调制作用使得弯曲波导耦合器在波分复用/解复用中比平行直波导耦合器具有更大的复用带宽;分析了弯曲半径和最小间距对弯曲波导耦合器复用带宽的影响,为实际波导器件的设计制作提供了一定的理论依据.     

马赫曾德尔干涉仪型波长交错器研究

提出薄膜器件与光纤器件构成组合器件的概念，详细研究了薄膜Gires-Tournois干涉仪型光学全通滤波器与光纤马赫-曾德尔干涉仪组合成的波长交错器的传输特性。并讨论了反射系数、损耗、色散、耦合比等参量对器件性能的影响。最后，提出一个双向马赫-曾德尔干涉仪组合器件的方案及其在双向波分复用系统中的应用。     

基于多模干涉耦合器的集成热光开关实验研究

报道了一种基于多模干涉(MMI)耦合器的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型2×2集成热光开关的实验研究结果,插损为3.40 dB,偏振相关损耗为0.47 dB,直通和交叉状态消光比分别为32.01 dB和16.42 dB,响应时间小于3 ms,开关功耗为658 mW。针对直通和交叉状态消光比不对称的现象,从理论上做出了解释,因为半导体平面光波电路(PLC)工艺一致性较好,两个多模干涉耦合器的分光比虽然因工艺误差偏离50∶50,但误差量相近,这个特点对光开关直通和交叉状态的消光比产生了不同影响。分析了在波导上制作加热电极对波导有效折射率的影响,估算其增量在2×10-4量级。     

含氟聚酰亚胺波导波长分离耦合器优化设计

提出并采用统计优化的设计方法解决含氟聚酰亚胺波导波长交叉分离耦合器的偏振态变动的影响.在实测了含氟聚酰亚胺的色散和双折射特性的基础上,优化设计了40路波长信道、1550 nm中心波长、0.8 nm波长间隔的抗偏振变动的波长交叉分离耦合器.数值模拟显示:波长周期偏移小于0.1 nm,1 dB带宽为0.5 nm,3 dB带宽为0.8 nm,串扰小于－30 dB,偏振变动导致的波长漂移小于0.08 nm.