三个非平行波导间的耦合

提出一种分析非平行波导的简明方法…耦合系数推广法,把非平行波导几何图形的变化直接转化成波导耦合系数中波导间距的变化．即对耦合系数进行了巧妙的推广．把波导间距的变化以指数的形式潜人到耦合微分方程中,建立了非平行三波导系统的耦合方程。这些耦合方程包含了非平行波导传输的全部信息,即非平行波导输出光的振幅和相位,非平行传输波导的长度及其夹角．非平行波导输人端口的间距,能量转换与波导参量的关系等。对这些微分方程作巧妙的数学变换,得到非平行三波导耦合系统输出光的完整分析解,分析和讨论了对称和不对称输人初始条件下三个非平行波导的耦合情况。由此可以优化非平行波导的设计参量。     

集成光学 集成光学、波导理论

TN252 2005064254 3个非平行波导间的耦合=Coupling among threc nonpar allel waveguides[刊,中]/贾玉斌(北京大学微电子研究院． 北京(100871))∥光学学报．-2005,25(9)．-1161-1165 提出一种分析非平行波导的简明方法-耦合系数推 广法,把非平行波导几何图形的变化直接转化成波导耦合 系数中波导间距的变化,即对耦合系数进行了巧妙的推     

非平行波导耦合理论研究

利用耦合模理论对非平行波导耦合特性进行了研究，得到了非平行波导的普遍性耦合方程及耦合系数表达式.进一步采用小角度近似，给出了几种情况下的计算结果，并与目前报道的利用其他方法计算的结果做了比较.研究表明，不同方法得到的波导中光功率虽然在远距离处都趋于稳定不变，但稳定功率的大小有明显的差别；另外由新提出方法得到的近距离处光功率随着传输距离的起伏变化更为明显.由于该方法同时考虑了非平行波导中光场相位和振幅对耦合方程和耦合系数的影响，因而所得结果能更全面地反映非平行波导的耦合特性，对实际应用更有意义. 关键词： 非平行波导 耦合方程 耦合系数     

光子晶体耦合缺陷波导两通道解波分复用器

提出了一种新型两通道光子晶体解波分复用器.首先使用平面波展开法分析了耦合缺陷波导的特性.接着对双耦合缺陷波导之间的耦合效应进行分析.然后,利用耦合效应设计了一种高效的解波分复用器,使用有限时域差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并计算出了电场分布图.仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1 266nm和1 311nm两种光波的解波分复用.由于耦合缺陷波导具有更小的群速度,此种结构较基于线缺陷波导耦合的解波分复用器具有更小的耦合长度,从而减小了系统的体积.     

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.     

光子晶体定向耦合三波长功分器

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

弯曲波导之间的耦合分析

采用极坐标下的光束传播法分析了两条平行变曲波导的中心间距、曲率半径等因素对模式耦合的影响,得到了耦合长度、耦合强度随中心间距、曲率半径的变化规律,并将直波导作为变曲波导的一种特殊情况进行了分析.     

统一非对称光波导横向耦合模理论分析

光波导横向耦合模理论包含正交耦合模理论和非正交耦合模理论两大类, 为了追求形式上的完美, 两类理论没有统一的解析解, 并且都没有对非匹配耦合系统中耦合功率的非对称性进行深入研究. 本文一方面由Helmholtz方程出发推导出了一种新型的非正交耦合模方程, 并对两类理论中的耦合模方程进行了统一处理和求解, 得到了一种统一的解析解; 另一方面根据所得到的统一的解析解对非匹配耦合系统中耦合功率的非对称性进行了详细研究, 计算结果表明非匹配耦合系统中的最大互耦合功率和最小自耦合功率均可用统一的解析解进行近似计算. 关键词： 光波导 耦合模理论 耦合器 最大耦合功率     

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.     

多孔硅通道型光波导的制备及传输损耗的测量

利用多孔硅在阳极腐蚀过程中外加的光照度与孔隙率的对应关系,提出了一种利用光照控制多孔硅折射率的方法制备通道型光波导技术.对制备出的多孔硅波导损耗进行了分析.由于多孔硅波导层中孔状结使得波导端面较为粗糙,耦合损耗大是多孔硅光波导传输损耗测量中遇到的的问题,对此采用了一种非破坏性的简便的优化端面耦合传输损耗测量方法,可以实现入射光束与波导的完全耦合,消除了因光波与波导中导波模式间失配引起的损耗.较精确的测量出实验中制备的通道型多孔硅光波导的传输损耗为16.2dBcm,波导端面的散射损耗为3.6dB.     

Analysis of coupling in the semi-cylindrical surface plasmonic couplers

In this paper, we have investigated the performance of a nano-optical directional coupler based on gap plasmon waveguides. The coupler consists of two waveguides having a localized coupled plasmon propagating between two semi-cylindrical surfaces. It is clear that the wave number and correspondingly light confinement in the waveguides are the most effective parameters in coupling strength and coupling length. Some expected and unexpected dependencies of the coupling length on the structure parameters are shown. Simulation results of the coupler obtained by the compact-2D finite-difference time-domain (FDTD) method comply with those derived by an analytic method with the aid of the finite-element frequency-domain (FEFD) software package of COMSOL. The considered structures, because of their small coupling length and dimensions are appropriate for use in optical integrated circuits.     

Investigation of coupling length in a semi-cylindrical surface plasmonic coupler

We have investigated the performance of a nano-optical directional coupler based on gap plasmon waveguides. The coupler consists of two waveguides having a localized coupled plasmon propagating between two semi-cylindrical surfaces. After introducing a fundamental mode of studied waveguides, effects of the structure parameters on the coupling length are shown. Simulation results of the coupler obtained by the compact-2D finite-difference time-domain (FDTD) method comply with those derived by an analytic method with the aid of the finite-element frequency-domain (FEFD) software package of COMSOL.     

Analytic model of acoustic streaming in thermoacoustic waveguides with slowly varying cross-section

An analytic model of acoustic streaming generated in two-dimensional thermoa-coustic waveguides with slowly varying cross-section was developed for more general applications. The analytical solutions of acoustic streaming characteristics in the closed straight tube and the annular tube are given based on the model.The solution for the closed straight tube can be applied to the case with any transverse scale.The solution for the annular tube is obtained under the assumption that the width of the varying cross-section part is much larger than the viscous and thermal penetration depths.The effects of cross-section variation,time-averaged temperature distribution and components of sound field are reflected in the analytic solutions. The magnitude and distribution of acoustic streaming velocity vary with the characteristic scale of the waveguides.The analytic model of acoustic streaming can be applied in research under thermoacoustic and other physical backgrounds.     

渐变截面热声波导管内的声流解析模型

建立了二维渐变截面热声波导管内的声流模型,分别考虑了封闭直管和环形回路两种不同结构,获得了更为普适的解析结果。封闭直管结构的声流结果可应用于任意宽度的波导管,环路结构的结果考虑了渐变截面管段宽度远大于热、黏穿透深度的情形。研究结果表明,渐变截面热声波导管内的声流主要受声场结构、截面变化及轴向时均温度分布的影响,在其它参量不变时声流量值及分布随波导管特征尺度的不同而变化。该解析模型可应用于热声及其它物理背景下的声流分析。      

Design of a Broadband E-Plane Power Combiner Based on Quarter-Arc Bent Rectangular Waveguides for Sub-THz and THz Wave

A method of designing an E-plane power combiner composed of two quarter-arc bent rectangular waveguides is proposed for sub-THz and THz waves.The quarter-arc bent-waveguide power combiner has a simple geometry which is easy to design and fabricate.By HFSS codes,the physical mechanism and performance of the power combiner are analyzed,and the relationship between the output characteristics and the structure/operating parameters is given.Simulation results show that our power combiner is suitable for the combining of two equalpower and reversed-phase signals,the bandwidth of the combiner is wide and can be adjusted by the radius of the quarter-arc,and the isolation performance of the combiner can be improved by adding thin film resistive septa at the junction of two quarter-arc bent waveguides.Meanwhile,an approximate method based on the analytic geometrical analysis is given to design this power combiner for different frequency bands.     

Optical beams in lossy non-local Kerr media

It is discussed that optical beams propagate in non-local Kerr medium waveguides with losses. A variational principle is carried out for the 1 + 1-D non-local non-linear Schrödinger equation in the presence of the losses. In the strongly non-local case, the approximate analytical solutions are obtained. The lossy soliton solution shows that, Unlike its local counterpart, such lossy strongly non-local soliton does not possess the adiabatic property anymore. In addition, the general approximate results for non-soliton cases are gained. The comparisons between our approximate analytic solutions and numerical simulations confirm our variational approximate solutions.     

多量子阱光波导中非线性TM波的有限元解

本文用有限元法分析了任意非线性介质的多量子阱(MQW)光波导中传输与总光功率有关的TM波性质。用简单的迭代过程得到目洽解。给出了MQW波导具有不同非线性机理时,非线性TM波的色散关系、磁场(Hx)以及二个电场(Ey和Ez)的分布。结果表明:分子取向机理的光波导对非线性TM模存在不同的功率限制作用。     

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法

提出了一种新的水平变化波导中声场的耦合简正波求解方法,该方法能够处理二维点源和线源问题,提供声场的双向解。该方法利用全局矩阵(DGM)一次性求解耦合模式的系数,消除了传播矩阵递推求解中存在的误差累积问题;此外,改善了现有模型中对距离函数的归一化方法,从而避免了泄露模式指数增长导致的数值溢出问题。本文还给出了绝对软海底理想波导中耦合矩阵的闭合表达式,并分析了单个阶梯下简正波耦合现象。此外,本文还计算了理想楔形波导中的声传播问题(ASA标准问题),并与解析解及COUPLE07计算结果进行了比较,结果表明该方法是一种稳定、精确的水平变化波导中的声场计算方法。