锥形多模干涉耦合器一般成像特性分析

锥形多模干涉耦合器克服了传统多模干涉(MMI)耦合器结构尺寸大的缺点,满足当前集成光器件高集成度的要求.其成像特性对设计基于它的集成光器件至关重要.根据多模干涉耦合器的自映像原理,对锥形多模干涉耦合器成像特性进行分析,发现成像特性与输入场位置、位置数、多模波导初始宽度及渐变率等参量密切相关,得到成像位置的解析表达式并总...     

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。     

一种基于多模干涉耦合器的模转换与合并器件的设计

多模波导干涉（MMI）耦合器在集成光路中被用来实现波导模式的转换或合并。对于实际的基于硅绝缘体（SOI）的三维波导，数值设计方法是必需的。采用有限差分波束传输法（FD-BPM）设计了一种66％模式转换、合并器。首先由FD-BPM求出MMI耦合器的输入、输出波导所支持的基模和一阶导模的模场分布，通过数值方法得到MMI耦合器的长度，然后将求得的模场作为输入波场，经过FD-BPM运算后在器件输出面上计算交叉积分得出实际的由基模转换为一阶模的功率百分比。对于算例中采用的SOI波导，器件长度为829μm，65．7％的功率由基模转换为一阶模。     

基于二维多模干涉效应的N×N光开关模型

报道了由两个N×N三维多模干涉耦合器和一段阵列相移波导组成的三维光开关.首先利用导模传输法分析了三维多模干涉耦合器的一般成像原理,并推导出了其成像位置以及相位矩阵.在此基础上,通过场传输矩阵法建立了光开关的传输方程.利用该传输方程计算得到了光开关工作时,阵列相移波导的相位条件,并通过三维有限差分光束传输法进行仿真验证,给出了光开关工作时的插损、串扰指标,以及光开关输出功率随相移波导相位变化的关系.     

基于二维多模干涉效应的N×N光开关模型

报道了由两个N×N三维多模干涉耦合器和一段阵列相移波导组成的三维光开关.首先利用导模传输法分析了三维多模干涉耦合器的一般成像原理,并推导出了其成像位置以及相位矩阵.在此基础上,通过场传输矩阵法建立了光开关的传输方程.利用该传输方程计算得到了光开关工作时,阵列相移波导的相位条件,并通过三维有限差分光束传输法进行仿真验证,...     

基于多模干涉耦合器的阵列波导光栅设计研究

研究了基于多模干涉(MMI)耦合器的阵列波导光栅(AWG).通过模式传输分析方法,分析了多模干涉耦合器及阵列波导;并给出在硅基底上的二氧化硅波导上四通道100 GHz-AWG普通结构和紧凑结构的设计结果.     

不同衬底折射率的多模干涉耦合器

设计了一种具有不同衬底折射率的新型多模干涉耦合器,在多模波导区引入了更强的光场限制,激发更高阶的导模,从而提高映像质量.采用二维有限差分波束传播方法模拟了这种新型的结构,结果表明:与传统结构相比,以功率均衡性和附加损耗为衡量标准的映像质量有了明显提高.这种结构可以应用于三维SOI脊形波导中.     

一种新型多模干涉分束器的设计模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉(MMI)分束器,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.以1×4的对称型MMI分束器为例,在输入输出臂上各增加了倒锥形结构后,较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.同时,改进后的器件具有优越的偏振相关性及容差性.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.     

InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550nm波长附近的40nm带宽范围内获得了约2.6dB的通带平坦度,在1 550nm通信波长处,器件的插入损耗低于10dB.     

多模干涉耦合器一般成像位置分析

自映像效应是多模波导的一个重要特性,利用多模波导自映像效应制成的多模干涉耦合器被广泛地应用于集成光学回路中。然而根据以往的文献要得出多模干涉耦合器的成像位置要经过一系列复杂的计算。根据多模干涉耦合器的自映像原理,对多模干涉耦合器的成像位置进行分析。成像位置与输入场位置和位置数密切相关,给出了成像位置的解析表达式,得出奇数、偶数的位置数的成像位置分别对应相同,并且奇、偶数的位置数所对应的成像位置之和为多模波导宽度的成像规律。用导模传输分析法验证了表达式和成像规律的正确性。根据成像位置的表达式和成像规律可以直接得出任意输入场位置和位置数所对应的成像位置。为一维和二维限制的多模干涉耦合器的设计提供了理论基础。     

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.     

新型波导阵列电光扫描器特性研究

利用有限差分光束传输法研究了波导耦合对波导阵列电光扫描器传输特性和扫描特性的影响.结果表明：耦合对其传输特性和扫描特性的影响明显;只有在一定条件下,对其影响才较小,可以忽略.由此可知,在设计光波导阵列结构时,考虑波导耦合效应是至关重要的.进一步,提出了描述光波导阵列电光扫描器的技术指标,并研究了该扫描器的结构优化设计问题.     

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.     

InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550 nm波长附近的40 nm带宽范围内获得了约2.6 dB的通带平坦度,在1 550 nm通信波长处,器件的插入损耗低于10 dB.     

8-信道MMI阵列波导光栅复用/解复用器的研制

本文首先详细分析了基于自镜象效应的MMIDMUX器件的基本工作原理,在此基础上,在GaAs/GaAlAs系材料上完成了对8信道MMIDMUX的具体设计.该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽度为3μm、SIE多模波导宽度和长度分别为40μm和1731.45μm时,该器件对8信道波长的隔离度为～26dB,理论传输损耗为～0.24dB.     

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-ModeInterference,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1.55μm时,器件长度减小了500μm,均匀性增加了0.131dB,而附加损耗仅增加了0.02dB,波长响应较传统设计增加了40nm.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0.02dB,均匀性增加了0.139dB,器件长度减小了500μm.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.     

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。     

BPM-FSRM混合法分析SOI脊形波导与光纤耦合

用束传播-自由空间辐射模（BPM-FSRM）混合法计算了SOI脊形波导和光纤耦合时的透射率,提出计算反射率的积分公式.将该混合法和一般FSRM、菲涅尔公式-重叠积分法的计算结果相比较,提出只有在弱导条件下,传统的菲涅尔公式法和重叠积分法才可以同时使用.     

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.