平面波导衍射特性分析

从电磁波的瑞利－索末菲标量衍射积分公式出发，利用罗兰圆结构特殊的光学性能，在平面坐标系中简化标量衍射积分公式，推导出横截面折射率阶跃分布的平面波导端口衍射场分布的计算公式，并导出常用的对称结构介质平面波导和金属平面波导端口衍射场的空间频谱，阐明平面波导端口衍射场就是驻波衍射场的本质。     

用正弦光栅测定折射率

一、原理全息正弦光栅的透射系数是一个矩形波函数[透光率=k(1+sin kx)]。把它置于n_0=1的空气中,当振幅为A_0的单色平行光垂直入射后,将衍射为三个级次(图1)。正弦的周期结构导致±1级以上的衍射波消失。     

级联长周期光栅光谱特性

利用传输矩阵法分析了级联长周期光栅的光谱特性,讨论了级联处光纤的长度、位置以及包层模损耗系数对级联长周期光栅光谱的影响,并对级联长周期光栅和相移长周期光栅的光谱进行了比较。结果表明两者光谱存级联光纤长度较小或级联位置靠近光栅两端时具有较强的一致性,而在级联处光纤较长并且级联位置在中间时,两者表现出截然不同的光谱特性;在不考虑其他损耗的情况下,如果只改变级联处光纤长度,级联长周期光栅总量守恒;此外,当级联长周期光栅在级联处光纤包层模损耗系数较大时,级联长周期光栅的光谱等效于两个长周期光栅光谱的非相干叠加,从而为长周期光栅增益均衡器的优化设计和制作提供了一个简便有效的方法。     

长周期光纤光栅对外界折射率敏感特性的分析

分析了长周期光纤光栅对外界折射率的敏感特性,给出了谐振波长移动量与包层半径的变化规律和谐振波长移动量与外界折射率的变化规律。最后重点讨论了波导色散因子,这一个因子决定了由于外界折射率的变化而导致的波长向短波或者向长波移动。     

确定介质波导导模折射率的一种新方法

介绍一种确定平面介质波导导模折射率的新法，它是Ｒｕｓｃｈｉｎ－Ｌｉｔ计模法的推广，与计模法有关的半相位移关系得到完善，本文还给出新法在几种有代表性波导中的应用和计算结果。     

CO2激光脉冲边缘写入的长周期光栅折射率特性研究

报道了一种用高频CO2激光脉冲在普通通信光纤包层边缘单侧写入的新型长周期光纤光栅。研究发现,这种长周期光纤光栅的折射率变化主要发生在光纤包层区域,而纤芯的折射率变化较小;同时该光栅的附加损耗低于0.5 dB。进一步折射率特性实验研究表明,由于其特殊的折变结构,这种光栅具有较高的外界环境灵敏度,当外界折射率在1.41~1.45范围内变化时,其谐振波长漂移量高达15.52 nm,比实验测得的用传统方法写入的长周期光纤光栅谐振波长漂移量高出近3倍,这种光栅结构在光纤传感中将具有重要的应用。     

含负折射率材料空芯Bragg光纤的束缚损耗特性

将负折射率材料引入到空芯Bragg光纤包层中,形成具有正负折射率介质层交替的空芯Bragg光纤,运用传输矩阵理论对该Bragg光纤的束缚损耗特性进行分析和计算,并与传统的全正折射率介质层Bragg光纤的束缚损耗进行对比。结果发现:在最低损耗方面含负折射率材料的空芯Bragg光纤没有表现出任何优势,但在最低损耗点附近的损耗小于全正折射率介质层Bragg光纤,损耗曲线比较平滑,并且传输波长范围较宽;当空气作为一个介质层的材料时,两种Bragg光纤的束缚损耗特性几乎一致;当减小包层折射率对比时出现了与全正折射率介质层Bragg光纤不同的现象,损耗曲线变的更为平滑,说明传输波长范围变宽了。     

矩形折射率分布长周期光纤光栅特性中耦合精度的分析

采用耦合模理论,针对光纤芯层为矩形折射率分布的长周期光纤光栅,分析不同模式间耦合对计算精度的影响。结果表明:对于一阶低次包层模式,偶次包层模式与光纤芯层基模的耦合常数要远远小于奇次包层模式与光纤芯层基模的耦合常数。因此,在不影响计算精度的情况下,可以采用忽略偶次包层模式的方法来提高计算速度。同时,根据不同的计算波长范围和计算精度的要求,可以选择合适的正弦折射率调制阶数范围来减小计算工作量。     

渐变折射率波导表面折射率的确定

单调变化的渐变折射率波导的表面折射率大于波导基模的有效折射率,因而不能用传统的m-线方法测量。利用分析转移矩阵(ATM)方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波,提出了一种确定波导近表面折射率的实验技术,在波导折射率分布的拟合中,得到了比传统逆WKB方法更为合理的结果。     

基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器研究

设计和研究了基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器.该传感器利用阵列波导光栅的阵列波导区域对相位差敏感的特性,通过在阵列波导区域挖槽来测量通过沟槽的液体的折射率变化.由于阵列波导之间的相位差变化会导致输出波导的输入面的最大光强位置的变化,所以通过入射窄带光源并计算其中两个输出波导的功率比的变化,就可以得到实时的折射率变化.利用傅里叶光学和光波动理论的方法建立数学模型,经过综合考虑各种因素,设计了合理的参数,通过拟合得到折射率变化和光功率比的解析式.这种方法能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差,提高测量精度.     

A theoretical analysis of refractive-index grating waveguide structures for integrated optics

Based upon equivalent transmission line method, a perturbation analysis on the guiding properties of refractive-index gratings is presented. By numerical calculation, the leakage parameter which influences the leakage energy into the diffracted orders due to the grating scatter, is achieved as functions of the grating period, thickness of the waveguide and index modulation Δn. Our results reveal that, although the index modulation Δn is much less than that of the etched or deposited grating, refractive-index gratings can still reach a high leakage parameter because of the prominent increase of the grating height.     

Sensor properties of planar waveguide structures with grating couplers

The paper presents the results of theoretical analysis as well as the results of experimental research involving planar sensor structures with input grating couplers of the period Λ = 800 nm. In the theoretical part of the paper we discussed the influence of the parameters of a sensor structure on it sensitivities. The experimental part of the work presents the results of experimental research involving the influence of refractive index of the cover on the coupling characteristics of sensor structures with grating couplers. The full widths at half maximum (FWHM) were from 0.023° to 0.029°. For the investigated structures we estimated detection thresholds for the changes of refractive index of the cover and the changes of sensitive film thickness. It has been demonstrated that by the application of the elaborated structures we can detect minimal changes of the refractive index (Δn_c)_min = 2.1×10⁻⁶ when the refractive index of the cover n_c = 1.333 and (Δn_c)_min = 1.0×10⁻⁶ when n_c = 1515. For sensitive films of the thickness w < 100 nm, by using the elaborated structures, we can detect mean changes of the thickness along the values lower than 10⁻³ nm.     

平面波导偏转光栅特性分析

本文借助由偏转波耦合方程得出的偏转系数R就平面波导偏转光栅的角度特性以及频率特性进行了讨论。分析表明,偏转光栅的这些特性主要决定于入射波与偏转波间耦合系数|K|与光栅长度L的乘积|K|L,而不单独依赖于|K|或L。     

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.     

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     

Field analysis of a general chiral planar waveguide

The propagation characteristics of general chiral planar waveguides are presented. This is the first time the eigen equation is given in a simple formulation. The results indicate that there are two types of field distribution which is related to the working wavelength and chiral admittance. When the chiral admittance is larger than a certain value, the fields of one kind of circularly polarized wave in the core become exponentially damping in the transverse direction. This work was supported by the “Foundations for the Ph.D Programs of China”     

一种对双包层大芯径光纤光栅反射率和纤芯折射率调制估算的方法

报道了一种简单而又实用对双包层大芯径光纤光栅反射率和纤芯折射率调制的估算方法．通过监测和记录光栅刻写过程中光纤激光器输出功率随时间的变化,将实验数据和掺铥光纤激光器的速率方程理论相结合,对刻写光栅反射率和纤芯折射率变化进行估算．光纤光栅的最大反射率大约为96．4％,纤芯折射率调制达到1．2×10^-3．利用显微镜对光栅进行观测,纤芯的折射率调制变化均匀,且周期与模板周期一致．将光纤光栅应用在全光纤化掺铥光纤激光器中,在抽运功率为51．6W时,获得15．5w的1950．6nm激光输出,斜率效率为37．9％,并在输出功率为15w时,利用刀口法测得光束质量M2≈1．4．     

Acousto-optic light deflection in an Al2O3 optical waveguide structure

The total deflection of an optical guided wave by a surface acoustic wave (SAW) in a silicon-based SiO₂/AL₂O₃/SiO₂ optical waveguide structure is reported. The SAW is generated by an interdigital transducer with piezoelectric ZnO deposited on top of the optical waveguide structure.     

金属包层对称平面单轴晶体波导的模式场(Ⅱ)

对于晶体光轴平行于波导界面的结构,讨论了光在金属包层对称平面单轴晶体波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.解析地得到了这种结构下波导模式场的精确解.模式场的性质因单轴晶体的性质不同而异.对于正单轴晶体,波导的主模是横电波,任何频率的光波均可激励该模式;当频率满足一定条件时,波导内传输单模,否则,将激励起高阶模式.高阶模既非TE波,也非TM波,而是两者耦合而成的混合模.对于负单轴晶体,波导的主模是一种混合模,该模式同样可被任何频率的光波所激励;当频率满足一定条件时,波导内传输单模,否则 关键词： 平面金属波导 单轴晶体 模式场 混合模     

阵列波导光栅梳状带通滤波器的传输效率

在光波导模场分布高斯近似条件下,根据星形光波导耦合器的耦合特性,推导出了基于累加运算和卷积运算近似表达的阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率的函数表达式。给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率曲线的半最大值全宽度和阵列波导光栅梳状带通滤波器的通道中心波长的光谱响应度与器件参数的关系。在输入信号光谱分布高斯近似条件下,给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道传输效率的计算表达式和输入信号光谱宽度对阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道输出特性的影响。给出了物理意义明确的函数表达式,它们可为快速分析阵列波导光栅梳状带通滤波器的特性提供理论基础。