一种分析三维楔脊形光波导与光纤耦合的方法

和直波导的不同在于，三维楔脊形波导中的光场都是不稳定的.分别对波导-光纤耦合、光纤-波导耦合两种情况，将三维楔脊形波导等效为多段短的直波导，利用束传播法同时对三维楔脊形波导内不稳定的入射、反射场，及它们在传播方向上的偏导进行处理，再用自由空间辐射模法计算透射率和反射率.以SOI楔脊形波导和光纤的耦合为例，验证了该方法的可行性. 关键词： 自由空间辐射模法 束传播法 耦合 透射 楔脊形光波导 绝缘体上硅(SOI)     

聚合物Mach-Zehnder脊形波导的优化设计

利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布,计算结果表明,该方法计算量小,精度高,为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析,得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系,优化得到的结构参数为：Y分支角1.1°,脊宽5 μm,波导间距20 μm。     

聚合物Mach-Zehnder脊形波导的优化设计

 利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布,计算结果表明,该方法计算量小,精度高,为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析,得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系,优化得到的结构参数为：Y分支角1.1°,脊宽5 μm,波导间距20 μm。     

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。     

半导体激光器圆波导的低耦合损耗机制分析

设计了一种具有圆对称波导的半导体激光器,利用有限差分-光束传播法(FD-BPM)研究了半导体激光器圆波导的远场图象(FFP)与波导参量的关系,并分析了光纤与半导体激光器低损耗耦合机制.     

线性啁啾光纤光栅的耦合模理论分析

利用耦合模理论对线性啁啾光纤光栅的反射谱进行了分析,并详细讨论了耦合系数、啁啾系数、高斯分布参量、光栅长度对线性啁啾光纤光栅的反射带宽和最大反射率的影响.     

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。     

新型1×N多模干涉分束器的三维设计与模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉（Mult-Mode Interference,MMI）分束器设计,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件.它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式,器件尺寸减小,且不均匀性与附加损耗也减小.以1×4的对称型MMI分束器为例,当只对干涉区采用倒锥形结构后,在TE偏振中心波长为1.55 μm时,器件长度减小了500 μm,均匀性增加了0.131 dB,而附加损耗仅增加了0.02 dB,波长响应较传统设计增加了40 nm.在此基础上,又在输入输出臂上也各增加倒锥形结构后,相比于传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.改进后的器件具有优越的容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.     

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。     

基于三波导耦合的聚合物电光可调光衰减器

可调光衰减器(VOA)是密集波分复用(DWDM)网络中的重要器件之一,它的一个重要应用是实现多通道间的功率均衡。提出了一种基于三波导耦合结构的聚合物电光可调光衰减器的设计方案,即利用两个旁侧波导耦合掉主通道波导中的光,从而达到衰减的目的。并运用束传播法(BPM)对该器件进行了相关性能的模拟、分析及优化,使得该结构衰减达到60 dB,驱动电压为11.3 V,插入损耗为0.48 dB。该结构有效的降低了驱动电压,并使该结构的高衰减可调光衰减器得以实现。     

FDTD simulation of time varying optical vortex phenomena in SOI photonic crystal structures

In this paper we analyze the time varying optical vortex phenomena in the gain photonic crystals built on the silicon-on-insulator (SOI) wafer by using the finite difference time domain (FDTD) method. With launching the optical waves in 1.55 μm wavelength to the SOI rib waveguide, optical vortices are generated and the spinning details are observed at various time steps. The analysis results are helpful to understand the progress of optical vortices which may be utilized for the development of future nonlinear optical switches.     

硅基二氧化硅波导和SOI脊型波导应力双折射研究

采用有限元方法分析了硅基二氧化硅波导和SOI（Silicon on Insulator）脊型波导内部残留热应力引起的双折射.对于硅基二氧化硅波导,应力双折射系数的数量级为10－4,对于上包层为空气的SOI脊型波导,该系数的数量级为10－5,对于上包层为SiO2的SOI脊型波导,该系数的数量级为10－3,可见在硅基二氧化硅波导和上包层为SiO2的SOI脊型波导中产生了大的应力双折射,而在上包层为空气的SOI脊型波导中应力双折射较小.     

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.     

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。     

用平面映射边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导

用平面射映边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导的结果表明，耦合脊形光波导的耦合能力随脊高增加而减小，随波导间距增加呈指数衰减。给出了耦合脊形光波导所承载的偶、奇模电场分布，其结果与采用其它方法得出的结果吻合得较好，可以优化波导光电子器件的结构参数。另外，平面映射边界条件避免了非物理反射，待求矩阵小，计算效率高。     

具有分光功能的电吸收调制器分析

利用有限差分光束传播法和导模传输分析法,对GaAs/AlGaAs多量子阱波导型电吸收调制器和多模干涉型分束器的光传播特性进行了理论分析,提出了制作具有分光功能的电吸收调制器的设想,并进行了模拟和实验验证.     

聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

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.     

大截面SOI脊型波导单模条件的研究

利用有限差分方法（FDM）对大横截面SOI（Silicon-on-insulator）脊型光波导的本征模进行了计算分析, 从而确定了SOI脊型波导的单模条件, 即归一化外脊高和归一化脊宽的关系. 通过比较, 进一步明确了归一化外脊高大于0.5时现有的单模条件解析公式中常数项的取值为0.3. 同时, 还对归一化外脊高小于0.5时的单模条件也做了计算和讨论.