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。     

液晶全漏导模的实验研究

夹在2块玻璃基板之间的液晶可以形成波导层,光在其间传播形成导模.通过全漏波导技术,分别对扭曲向列相液晶盒施加不同电压进行测试,得到了依赖于角度变化的反射率(包括偏振保存和偏振转换)实验曲线.液晶指向矢的变化将直接影响反射率变化,验证了液晶全漏波导技术在探索液晶盒内部细微变化方面是有效手段.     

集成双波导半导体光放大器光开关实现波长转换的理论研究

建立了基于集成双波导半导体光放大器的光开关(ITG-SOA-Switch)的理论分析模型.与半导体光放大器(SOA)的特性相比较表明，由于ITG-SOA-Switch合并了多种物理效应，故其静态增益饱和曲线在饱和功率点附近具有大幅度陡峭下降的独特性质.理论分析和10 Gbit/s波长转换模拟结果显示，恰当地选择输入抽运光的功率范围，ITG-SOA-Switch波长转换器输出转换光的消光比特性较之输入抽运光会有显著的改善. 关键词： 波长转换 半导体光放大器 集成双波导半导体光放大器 光开关     

利用被动锁模技术实现超短脉冲激光输出实验

基于被动锁模技术,设计了结构紧凑的Z型谐振腔,采用半导体可饱和吸收镜作为被动锁模元件,利用激光二极管泵浦增益线宽较宽的Nd∶YVO4晶体,最终实现了连续锁模的脉冲输出.在输入功率为8.20W时,获得了输出功率为1.72W的1 064nm连续锁模脉冲激光输出,光-光转换效率达21%,锁模脉冲重复频率为110MHz.     

包含左手材料的四层平板波导中的光导模

研究一个芯子层是左手材料,其他三层由传统材料构成的四层平板光波导系统,利用图解法对各种TE偏振的导波模式的解进行详细分析.研究表明,四层左手材料光波导既能支持振荡导模,也能支持表面导模,与三层左手材料光波导相比较,此四层波导的导波模式呈现一些新的特性.对于中间传统材料层存在振荡场的情形:芯子层支持振荡导模的光波导中存在基模,并且高阶振荡导模出现模式缺失的性质;芯子层支持表面导模的光波导可以支持基模和多个高阶模式,并且存在模式兼并的性质.对于中间传统材料层存在衰减场的情形,此四层波导结构可等效为三层左手材料光波导.这些新的光波导传输性质对各种光波导器件的制作有潜在的应用价值.     

准相位匹配级联二阶非线性全光波长转换研究

对基于级联和频差频非线性效应铌酸锂光波导新型全光波长转换器进行了理论研究。这种新型波长变换器需要两束抽运光源,它将输入的抽运光波长置于信号光波段窗口的两边,抽运光波长与信号光波长相近容易实现最佳耦合又不会占用信号波段,而且具有偏振不敏感的优点。从建立级联和频差频铌酸锂光波导全光波长转换器的理论模型出发,给出了波导中光相互作用的耦合模方程;利用逐步法详细推导了耦合模方程的解,得出了物理意义清晰的转换光功率表达式,分析了非线性晶体相互作用长度、抽运光功率对转换效率的影响,为级联和频差频铌酸锂光波导全光波长转换器优化设计提供了理论依据。     

全息明孤子的波导特性

研究了光折变晶体中的全息明孤子所产生的波导的特性，结果表明波导所有可能的导模数依赖于产生波导的全息明孤子光的强度.利用数值计算给出了在不同的孤子强度时波导的导模并考察了波导对导模和正弦余弦波的动态导引.     

测量单模波导参数的新方法:导模和漏模的双偏振测量

本文提出测量单模波导参数的新方法.用棱镜耦合器测量两种偏振基导模和基漏模的模折射率,并由相应的四个模方程确定单模波导参数.其测量精度优于纯导模测量.用这种方法测量了单模玻璃波导参数,并对误差来源作了理论分析.     

硅波导受激喇曼散射放大信号光的数值模拟

提出了用连续泵浦光在硅波导中的受激喇曼散射对信号光进行放大的方法.建立了信号光和泵浦光在硅波导中传输的耦合方程,得到了计算信号光增益的理论模型.利用数值模拟结果,对泵浦功率沿波导的分布,信号光在不同波导长度以及输入功率情况下的增益等进行了分析和讨论.结果表明,适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论.     

掺铒磷酸盐玻璃波导放大器的特性研究

研究了掺铒磷酸盐玻璃波导放大器的特性。利用重叠因子将980nm光抽运的掺铒玻璃波导放大器四能级模型的速率-传输方程进行化简,在考虑上转换效应和放大自发发射的情况下．利用数值模拟的方法,得到了掺铒玻璃波导放大器的增益与Er^3 离子浓度、抽运功率、波导长度等参量之间的关系曲线;同时模拟出放大自发发射曲线并与实验测量结果进行比较。结果表明在考虑上转换效应和放大自发发射的情况下,理论结果和实验测量结果是一致的。同时看到,选择合适的铒离子浓度是制作掺铒玻璃波导放大器的关键;并且为了全面发挥掺铒玻璃波导放大器的性能,需要抽运功率、波导长度等各个参量配合起来。     

具有线性张角结构和非线性张角结构的锥形激光放大器的分析

利用分步傅里叶算法求解锥形半导体激光放大器中的稳态行波方程,对线性张角结构和非线性张角结构波导形状的激光放大器进行光学和热学性质的数值模拟。通过比较两种结构的激光放大器的输入电流-输出功率曲线,输入功率-输出功率曲线和光丝形成数量,研究放大器中光丝的形成机理,解释两种激光放大器中不同光场分布的原因。结果表明,非线性张角结构的放大器不仅能使增益分布和光场分布更契合,而且能减小波导边缘反射光和入射光的耦合,所以有着更高的光光转换效率和更稳定的模式输出。     

掺半导体玻璃波导特性研究

利用离子交换技术制成了单模和多模掺CdSxSe_1-x半导体玻璃波导。通过对波导参数的测量得出这种波导的折射率剖面满足费米函数分布。同时,对这种K⁺—Na⁺离子交换技术得到的单模波导在0.5145μm波长下输入—输出功率的测量,观测到它的功率限制作用。并得到在Ar⁺激光0.5145μm波长下吸收系敲是4cm^-1。在这篇文章中,我们对波导的光功率限制起源于热效应进行了分析和讨论。     

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.     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

Cu~(2+)离子注入的石英光波导的特性研究（英文）

利用Cu~(2+)离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu~(2+)离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

二次多项式折射率分布平面光波导的模式

对于折射率分布为二次多项式的非对称平面光波导,求解了Helmholtz方程,推得用抛物柱函数表示的模式场分布和模方程.结果可用于处理这类波导(如银离子交换玻璃光波导等)的模耦合或有关器件的问题.     

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As₂S₃硫系玻璃、以SiO₂为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10⁴ W^–1·m^–1的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.     

TE-TM模变换型光波导隔离器的理论研究

利用微扰理论研究了TE-TM模转换型光波导隔离器的自相位补偿. 从相位同步和功率转换解释了这种器件的工作原理, 揭示了两个模转换器相位 失配与模转换比例的关系, 数值仿真结果与理论分析相符, 证实了模转换型 波导隔离器中的自相位补偿理论.     

高重复频率LD端面抽运声光调Q腔内倍频绿光激光器

利用LD端面抽运声光调QNd:YVO4激光器作为抽运源,采用线性腔实现了KTP腔内倍频高效绿光激光的输出.在调Q脉冲重复频率为40kHz、1064nm输入光的功率为1608mW的条件下,获得了999mW单横模(TEM00模)的绿光输出,相应的光-光转换效率为62.1%.绿光激光器输出光谱的半峰宽小于0.11nm,其输出功率的不稳定度为±1.2%.     

光子晶体耦合腔光波导慢光结构特性研究

研究了用于光缓存的光子晶体耦合腔光波导的结构对慢光传输特性的影响.详细讨论了微腔间距关于波导禁带、导模带宽、导模传输群速度的具体关系.计算发现,随着微腔之间距离的增加导模显著平坦化,群速度急剧减小.当相邻微腔之间距离为7个晶格常数时,获得了小于2×10~(-4)c的超小群速度.通过长度为13.23 μm的7×7超胞构成的光子晶体耦合腔光波导,产生的最大光延迟超过了400 ps,这比相同长度传统光波导产生光延迟大四个数量级.