大角度蚀刻衍射光栅的模拟

研究了平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的蚀刻衍射光栅(EDG).小角度范围光栅的模拟通常采用高斯近似的输入光场,由于近轴的高斯光场接近实际光场,所以模拟结果很准确.但这种方法应用于大角度范围的光栅则有偏差.本文提出了大角度蚀刻衍射光栅的模拟方法,分析了这种偏差并给出了模拟结果.事实上这种方法也适合于实际任意输入光场的模拟.     

蚀刻衍射光栅波分复用器件的设计与模拟

近年来光通信飞速发展,波分复用技术(WDM)是满足要求的有效手段.密集波分复用技术已经得到成功商用,其扩展信息传输容量的能力也在不断增强.作为波分复用中最关键的器件,蚀刻衍射光栅(EDG)是平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的一种.本文分析了EDG器件的解复用原理,参量设计,工艺过程.文章最后,建立了一个光栅干涉的简单模型,对设计好的器件参量进行模场形状、谱响应、色散等光栅性能的模拟,得到基本的器件解复用特性,并加以分析.     

平场光栅谱仪相对衍射效率测量

以激光碳等离子体作为软X射线源,同时用平场光栅谱仪、常栅距光栅谱仪测量了类氢和类氦离子谱线强度,以一级谱线强度为标准,给出了平场光栅谱仪高级次光谱的相对衍射效率。     

平场光栅谱仪相对衍射效率测量

 以激光碳等离子体作为软X射线源,同时用平场光栅谱仪、常栅距光栅谱仪测量了类氢和类氦离子谱线强度,以一级谱线强度为标准,给出了平场光栅谱仪高级次光谱的相对衍射效率。     

两点法设计平场型EDG波分复用器件

利用两点法(two stigmatic points method)对平场型蚀刻衍射光栅(EDG)波分复用器件进行了优化设计.与传统EDG相比,该方法以较小的性能损失为代价,极大简化了制作工艺.通过标量波动衍射理论对16通道的该型器件进行了数值模拟,结果表明:在用光探测器陈列接收的情况下,额外的功率损耗约为1dB,信道间的不均匀性小于0.3dB,串绕小于-30dB.     

一种改善频谱性能的蚀刻衍射光栅输出结构新设计

对波分复用系统中一种重要的解复用器-衍射蚀刻光栅(EDG)的输出结构进行了研究,并提出一种新的采用渐变波导和空气槽相结合的结构设计,在保持器件原有的紧凑结构的前提下极大的提高了器件的频谱特性.该结构设计不需要额外的工艺过程,并且具有很好的工艺容差性.结构的有效性通过波束传播方法(BPM)和模式传播分析(MPA)得到了验证.在所给的数值模型中,-1 dB带宽和品质因素分别比传统设计提高了1.474和1.383倍.同时,相邻信道间的串扰降低了15 dB以上,而整个结构引入的功率损耗仅仅为0.65 dB.     

基于Bragg反射面结构的衍射光栅设计与研究

基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构,本文提出利用一维光子晶体带隙理论进行Bragg反射光栅设计.通过光学仿真软件OptiFDTD对Bragg反射光栅的宽度及倾斜角度误差的仿真分析,发现Bragg光栅齿刻槽宽度变化在10%范围、倾斜角度10°以内不会引起Bragg光栅衍射效率的明显变化,说明Bragg反射光栅具有较高的工艺误差容限;根据一维光子晶体带隙理论,设计了一种罗兰圆结构的Bragg衍射双光栅结构模型,实现了两个频段之间的衍射分光,优化分析结果表明:当第一套光栅中Bragg周期层数为6、第二套光栅Bragg周期层数为10时,两频段波长的衍射效率均可以达到70%左右,明显高于传统深刻蚀的衍射光栅.基于本设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG波分复用器,为未来高效密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

光谱仪用平场凹面光栅的凸面母光栅的消像差设计思路

平场全息凹面光栅是光谱仪中的核心元件之一,其成像质量和衍射效率直接影响了光谱仪的分辨率和光能利用率。利用凸面母光栅复制制作凹面光栅,便于在凸面基底上进行离子束刻蚀以获得高的衍射效率。为了保证复制的凹面光栅具有高的成像质量,文章提出一种全息凸面光刻胶光栅的消像差设计方法,优化中考虑了凸面基底对记录光束的折射效应以及由基底折射率所引入的附加光程。通过将“光程函数级数展开法”和ZEMAX光学设计软件相结合,采用粗精两步优化的方法,显著提高了优化的效率和成功率。ZEMAX对比仿真结果显示,复制得到的凹面光栅与传统直接采用全息法制作的凹面光栅的成像质量是相当的。     

时域有限差分法分析蚀刻衍射光栅的后向衍射效率

采用时域有限差分法(FDTD)结合理想匹配层(PML)边界条件及周期性边界条件对两种结构槽面的后向衍射效率进行了分析,在P偏振和S偏振两种情况下,均得到了比传统差分方法和射线近似方法更精确的解.数值计算结果表明:全内反射(TIR)结构在高折射率材料(如InP)的蚀刻衍射光栅(EDG)中很有效,而在低折射率材料(如SiO₂)的EDG中效果不理想.     

光栅周期包含的Bragg层数对Bragg型凹面衍射光栅的影响

单个衍射光栅周期所包含的Bragg周期层数是连续Bragg齿型凹面衍射光栅的主要参数之一,该参数可改变光栅齿结构,对凹面衍射光栅的分辨力.自由光谱范围及衍射效率有重要影响.本文通过理论分析与仿真模拟,对比了4种不同层数的Bragg型凹面衍射光栅的特性参数.研究结果表明:在衍射光栅尺寸不变的情况下,改变单个光栅周期包含的Bragg周期层数不会显著提高器件主衍射级次的分辨力;单个光栅周期包含的Bragg周期层数与光栅可衍射的级次数成正相关.单周期层数的Bragg凹面衍射光栅的主衍射级次效率最高,其可衍射的级次数最少,且其他衍射级次分散的能量最少;增加单个光栅周期所包含的Bragg周期层数会降低主衍射级次的自由光谱范围.该研究对于设计低插损、高分辨率、宽工作波段的波分复用器或光栅光谱仪具有重要的指导意义.     

刻蚀衍射光栅色散特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的色散特性提出了一种完整的计算方案,分析了器件强度响应和相位响应之间的内在关系.同时通过模拟计算提出并验证了平坦化的同时加剧了色散,以及适当改善频谱响应带通纹波大小可以在一定程度上降低器件的色散.最终指出了使用渐变的抛物线结构多模干涉更有利于得到综合性能最优的平坦频谱.     

Analysis method of the effect of fabrication errors on a planar waveguide demultiplexer

The impact of fabrication errors on a planar waveguide demultiplexer is analyzed based on an analytical method. The explicit expression of the transfer function taking into account phase and amplitude errors is presented in order to analyze the loss and crosstalk of the demultiplexer caused by fabrication errors. A basic requirement for the demultiplexer with a certain crosstalk criterion can be easily obtained. Using an etched diffraction grating demultiplexer as an example, it is shown that the analytical results have a good agreement with results from a numerical method.     

平顶型蚀刻衍射光栅波分复用器优化设计

本文对利用多模干涉(MMI)结构实现解复用器蚀刻衍射光栅(EDG)频谱平坦化的设计方法进行了改进.通过使用预展宽输入结构把带间串扰降到很低值;通过使用抛物线型多模干涉区,把带通纹波减小到接近于零的同时,大大增加了1dB带宽,最终得到了平坦化效果最佳的设计方法.作为例子,最后给出了两种不同频带间隔下的最优设计尺寸.     

多模光纤光栅温度传感特性的实验研究

利用氢敏化处理的多模光纤制作了多模光纤光栅,并对多模光纤光栅的温度传感特性进行了实验研究与理论分析,表明这种光栅三个反射峰的布拉格波长随温度变化均呈现出良好的线性关系,并且重复性相当好,同一光栅的各反射峰的理论温度灵敏度系数都等于0．01nm／℃,实验测得的温度灵敏度系数为0．0098nm／℃或0．0099nm／℃,与理论分析相当吻合,这些特性与单模光纤光栅的温度传感特性接近相同。因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅开发光纤光栅传感器,以降低成本;这一实验结果还可以作为对多模光纤光栅进一步深入研究的参考。     

光子晶体理论应用于光纤布拉格光栅的研究

将光纤布拉格光栅近似为一维光子晶体，研究光栅的能带结构和光学传输特性。利用平面波展开法对光子晶体进行理论研究，将研究方法移植到光纤布拉格光栅上，并对其进行数值分析，得到光栅的传输特性。研究表明，光栅反射谱有多个反射峰，峰值中心频率是基频的整数倍，而且峰值处存在光子带隙，反射峰带宽对应光子带隙宽度，中心频率和带宽随光栅长度、高介电常量材料占空比、调制深度而变化。结果与传统的耦合模理论一致。     

具有温度补偿功能的光纤光栅传感解调系统

从理论和实验上研究了三角形光纤布拉格光栅的温度特性,结果表明：三角形光纤布拉格光栅谐振波长的温度变化率与普通光纤光栅的相同,并且其光谱形状不随温度的变化而改变。利用三角形光纤光栅光谱的这一温度特性,设计了一种具有温度补偿功能的应变传感解调系统。该系统利用斜线光纤光栅将光纤光栅应变传感的波长编码信息转换为强度,并且用信号强度与参考光强度的比值作为应变的度量值。研究表明,应变与应变度量值成线性关系,同时系统具有温度补偿功能。在三种不同的温度条件下,对悬臂梁的应变测试结果显示：在实验测量范围内,温度变化1℃导致的应变测量误差小于6微应变。由于采用信号强度和参考光强度的比值作为应变的度量值,避免了宽带光源的平坦度及波动对测量结果的影响。     

光纤光栅选频环形腔掺Yb3+光纤激光器

采用自行研制的掺Yb^3 单模光纤和新颖的全光纤连接方案,实现了1060nm窄线宽、环形腔光纤激光器的成功运转。从理论和实验上探讨了耦合器输出比对激光器输出性能的影响,对不同光纤长度所构成的激光器进行了实验研究,发现在现有实验条件下12m为最佳长度。入纤抽运阈值功率约为30．2mW,当入纤功率达最大值42．8mW时,得到最大激光输出7．5mW,半峰全宽≤0．2nm,相对于入纤抽运功率的斜率效率为61．7％。     

刻蚀波导粗糙面散射的矩量法数值分析

用矩量法对刻蚀波导粗糙面的散射特性做出了精确的数值分析基于MonteCarlo方法建立高斯粗糙面数学模型,证明矩量法在分析刻蚀波导散射问题时,是可以应用于不同起伏高度、不同入射角的一种精确而高效的数值方法对不同起伏高度的两种偏振态,分别在小角度入射和大角度入射两种情况的随机散射特性应用矩量法做出了分析并以基于二氧化硅波导的EDG器件为例,分析了由于波导壁粗糙对于器件频谱响应特性的影响.