Ag-Na离子交换玻璃波导的折射率分布研究

用Ag-Na离子交换技术制备了玻璃平面波导.通过棱镜耦合技术测量了波导的模折射率,用反WKB方法拟合得到了平面波导的折射率分布为高斯分布.发现Ag-Na离子交换的扩散系数与交换时间有关,并且随着交换时间的增加而减小.使用随离子浓度变化的扩散系数求解扩散方程得到了玻璃内部Ag离子浓度分布,并通过SEM谱证实了求解的正确性;使用一次多项式模拟的方法求解折射率变化与Ag离子浓度变化之间的关系,得到了平面波导的折射率分布.与反WKB法只能获得多模离子交换平面波导的折射率分布相比,这种方法可以得到任意扩散时间下折射率变化与Ag离子浓度,可以获得单模平面波导的折射率分布.     

多量子阱平面光波导的有限元分析

本文利用有限元法分析了多量子阱平面光波导的传播特性,给出了任意阱数多量子阱光波导_TE模和TM模的有效折射率和TE模的强度分布.结果表明:γ(势阱与势垒的厚度比)值的改变,影响波导中导模的模式数目、有效折射率、双折射和强度分布;并发现在某些情况下,均方根近似是不适用的.     

用有效折射率法和有限元法分析多量子阱条形光波导

本文提出了一种快速和精确分析多量子阱(MQW)条形光波导的新算法。它基于有效折射率法和有限元法的结合。首先,由等效的平面波导替换多量子阱条形结构,用有效折射率法从原来问题得到平面波导的折射率分布;然后,用有限元法计算等效结构中E_(mn)~x模和E_(mn)~y模的传播常数和场强分布。文中给出了任意阱数和不同宽度多量子阱的对称结构和不对称结构的结果。     

平面光波导光场分布的有限时域差分法计算

用有限时域差分法计算了简单三层对称平面光波导中的光场,得到了任意截面上光场的分布.这一方法的优点在于它能完全模拟波导中光场的时域特性,使波导中的光传播完全可视化,模拟横向传播,提取光在波导中的传输模式,也可用于有源波导的计算如光波导放大器.有限时域差分法直接求解依赖时间的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似,把旋度方程中的微分符直接转换为差分形式.每一步计算都无须作矩阵求逆运算,因此,比其他数值计算方法更有效、精度更高.     

二次多项式折射率分布平面光波导的模式

对于折射率分布为二次多项式的非对称平面光波导,求解了Helmholtz方程,推得用抛物柱函数表示的模式场分布和模方程.结果可用于处理这类波导(如银离子交换玻璃光波导等)的模耦合或有关器件的问题.     

扩散平面光波导的传递函数方法

引入一种计算光波导传播特性的新方法传递函数方法。给出了公式推导,计算了扩散各向同性及扩散各向异性平面光波导的传播特性,并与其它方法所得结果进行了比较。结果表明用传递函数方法处理折射率渐变分布的光波导问题,计算相对简单,可以得到精确的数值结果。     

基于模式匹配法的平面波导光场分布分析

采用模式匹配法,对一个三段平面光波导结构的光场分布进行了计算机模拟,数值模拟结果正确地反映了一个宽波导与一个窄波导衔接后,在两者交接处的光波场泄露.该方法可用于分析结构更加复杂的光波导器件.     

一种适用于任意折射率分布的等效折射率方法

提出了一种新的等效折射率方法,可以将光波导的两维折射率分布精确等效成一维折射率分布。从波动方程出发,通过严格的数学推导,得到了一维等效折射率分布的表达式。该等效折射率分布由二维光波导的模场分布和折射率分布决定。在此等效过程中,几乎无任何近似,因此具有比传统等效折射率方法(EIM)更高的精度,而且不受波导截止条件的限制,并适用于任意的折射率分布结构。以SOI(silicon-on-insulator)脊型光波导为例,给出新方法的一个具体等效实施过程,比较了新方法与传统等效折射率方法计算得到的等效模场分布及等效折射率,结果显示本文方法的有更高的计算精度。最后,文中给出了一个利用这种等效方法计算弯曲波导损耗的例子。新方法可以使对三维结构(截面为任意折射率分布)的模拟简化成二维模拟。     

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.     

有损耗介质中非线性光导波的数值模拟

发展了一种以有限元法为基础的数值方法，用它分析由损耗任意大小材料构成的平面非线性波导结构所传导的非线性有损耗光波。在这种方法中，从给出的非线性有损耗波导直接得到ＴＥ和ＴＭ波与功率有关的复传播常数和局域电磁场分布。     

梯形截面介质光波导的模吸收损耗

本文运用微分法由梯形截面介质光波导的近似模方程导出了模吸收损耗系数的公式.并结合计算实例进行了误差分析.     

A new solving method of non-uniform dielectric planar waveguide

A new solving method of non-unifrom dielectric planar waveguide is presented in this paper. By applying this method to solving the problem of planar dielectric waveguide with arbitrary refractive index variation, the advantage of this new method is more evident. By dividing the waveguide into proper numbers and thickness of layers, we can transform the problem of non-uniform dielectric planar waveguide into the multilayer dielectric waveguide to calculate its propagation constantβ.     

光子晶体平面波导与脊波导高效耦合技术的研究

利用一维变周期谐振腔阵列和非线性缓变边界，可以实现光波从脊波导到光子晶体平面波导 （PCW）的高效耦合.基于平面波展开法（PWE）和时域有限差分法（FDTD），深入分析和讨 论了普通脊波导、2D-PCW结构和本征模以及工作模式、缓变边界形状等对耦合效率的影响， 从而得出光波从脊波导到2D-PCW、再返回脊波导的统一图景.指出考虑模式转换和采用缓变 边界条件可以极大提高PCW与脊波导间的耦合效率.对PC-PW边界采用线性和非线性缓变结构 进行了仿真，讨论了边界缓变程度对耦合效率的影响.结果表明，采用模式耦合和PC-PW余弦 缓变边界时的耦合效率在较宽的带宽内超过了95%. 关键词： 光子晶体波导 脊波导 PWE FDTD 耦合边界     

二维光子晶体波导与单模平面介质波导间的喇叭波导接头

提出并优化了用于二维介质柱光子晶体波导与单模平面介质波导对接的基于分布布拉格反射波导的喇叭波导接头，提高了这两种波导之间的传输效率.二维时域有限差分仿真结果表明，在大部分光子晶体波导导模的频谱范围内，传输效率高于98％.传输效率最高可以达到99.85％. 关键词： 光子晶体波导 平面介质波导 时域有限差分     

基于倏逝场耦合的石墨烯波导光传输相位特性仿真与实验研究

石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一,目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场,并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法,研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性,并通过实验进行了验证. 结果表明,沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用,石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模,在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法,对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义. 关键词： 石墨烯平面光波导 倏逝波 光场强度 相位     

后处理对离子交换磷酸盐玻璃平面光波导的影响

研究了退火和二次离子交换对Er3+/Yb3+共掺的磷酸盐玻璃平面光波导传输特性的影响。在退火过程中，由于热效应和波导层Ag+离子的浓度差使得Ag+离子重新分布；随着退火时间的延长和温度的升高，光波导模式数目逐渐增加，波导层深度加深，且波导表面折射率与玻璃基质折射率差减小，退火扩散深度与退火时间的平方根成正比。电子探针结果显示在二次离子交换后形成了掩埋式的光波导，Ag+离子浓度接近二次方分布，而掩埋式的光波导有助于降低光波导的传输损耗。     

Theoretical modeling of a nonlinear asymmetric metal-clad planar waveguide based sensors

The present paper deals with the theoretical modeling of a nonlinear asymmetrical metal-clad planar waveguide for sensor application to achieve high sensitivity. We take the appropriate field distributions for the proposed structure and impose the boundary conditions to derive the mode equation and other necessary formulae for the proposed sensor. The effect of nonlinearity on the sensitivity of the waveguide is studied. Also, we have compared our computed results with the results given for a similar sensor having five layers structure. It is observed that the sensitivity of the sensor is improved by introducing a nonlinear material in the cover medium.     

圆介质参考波导特征方程的近似式及其应用

本文将作为参考波导的圆介质波导模式的特征方程进行了有效的近似简化,使之成为独立的四个简单特征方程组。利用这些方程组作为参考波导的特征方程来计算各种复杂波导的传输参数时,能够大大简化计算工作。     

生物传感中平板光波导模式研究

为提高生物传感探测的灵敏度和响应速度,基于平面光波导理论,运用消逝场原理在生物传感领域的应用,在相同条件下比较了平面波导单模和多模2种模式下消逝场区域能量的大小,并且用VC和Matlab工具模拟论证单模能量高于多模。理论计算表明：单模和多模的荧光效率分别为5.83%和1.75%,在此计算中单模的荧光效率比多模的高。因此,在生物传感及其相关应用中,选用平板光波导的单模模式具有一定的优越性,为实际设计提供了理论依据。     

光诱导平面波导阵列中离散空间光孤子的相干相互作用

采用Petviashvili迭代法对光诱导平面波导阵列中的一维离散空间光孤子进行求解,利用分步束传播法对离散空间光孤子间的相干相互作用进行了详细的数值模拟.探讨了离散孤子间的相位差、孤子光强、波导阵列写入光的强度和周期以及外加电场对相互作用过程的影响.结果表明：离散孤子间的相位差对相互作用的影响与连续介质中的情况类似,不同相位差情况下的相互作用也表现为吸引、排斥以及能量转移等现象.同时,离散孤子间的相干相互作用过程(如融合距离和排斥间距等)均会受到孤子光强、波导阵列写入光的强度和周期以及外加电场大小的影响 关键词： 光诱导平面波导阵列 离散空间光孤子 相干相互作用