阵列波导光栅的简便模拟方法及应用

结合等效折射率方法并利用高斯光束近似给出了一种简便的模拟计算阵列波导光栅方法,可实现AWG锔模拟模拟计算结果与理论公式计算结果吻合利用这种模拟方法,模拟了一个阵列波导光栅(AWG)实例,并考察了阵列波导条数对器件性能的影响,最后分析了制造工艺误差对器件性能的影响     

单侧耦合16通道100GHz硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

介绍了一种新型单侧耦合16通道、100GHz通道间隔的硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)。通过增加一个Y分支波导结构,将AWG的输入、输出波导等间距整齐排列,仅用一个光纤阵列(FA)就可以对AWG器件进行耦合封装。这种AWG的结构设计可有效地减小器件尺寸和增加波导结构的弯曲半径,可减少器件的抛光和耦合时间,可降低器件的成本。     

阵列波导光栅设计原及优化

本文从波导光学和衍射光学理论出发，推导出阵列波导光栅（Arrayed-Waveguide Gratings）型波分复用器的重要结构参量；针对其性能参量，提出了一些优化设计方法。     

阵列波导光栅复用/解复用器焦场的数值分析

本文利用标量波动衍射理论分析了AWG系统焦场分布,数值计算了阵列波导光栅系统的焦场分布,此方法简便,对器件的优化设计有一定的指导意义.     

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50%,插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB,串扰小于-30 dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87 dB,串扰减小了3.67 dB,1 dB带宽增加0.1 nm,增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.     

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50％,插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB,串扰小于-30 dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87 dB,串扰减小了3.67 dB,1 dB带宽增加0.1 nm,增加了54.7％.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.     

16×0.8nm硅基二氧化硅阵列波导光栅设计

给出了更为合理的阵列波导光栅(AWG)的设计原则。在设计时兼顾了输出谱的非均匀性Lu和输出通道数N的要求,克服了设计中可能引起通道数N丢失和不考虑输出谱非均匀性Lu的缺点。用该方法设计了折射率差为0 75%和16×0 8nm的硅基二氧化硅AWG。采用广角有限差分束传播方法(FD BPM)对所设计的AWG进行了输出谱的模拟,得到了插损为 1.5dB、串扰为 48dB、通道非均匀性约为1dB的AWG,设计指标达到了商用要求。     

16×0.8nmSi基SiO2阵列波导光栅设计、制备及测试

叙述了一个完整的16通道硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的设计、制备及测试过程。通道间隔为0.8nm(100GHz),解复用器的插入损耗为16.8dB,其中材料损耗为11.95dB,相邻通道串扰小于-17dB,通道插损非均匀性小于2.2dB。     

修正的光束传输法在阵列波导光栅中的应用

以亥姆赫兹方程为基础,对传统的有限差分光束传播法进行修正,提出一种修正后的新算法,将修正后的算法与传统算法进行了比较,并给出了用其计算阵列波导光栅中的传输光场的应用结果.通过比较计算结果和应用结果得出结论：修正后的算法可以准确计算光波场,并提高了计算精确度,有一定实用价值.     

650 nm聚合物阵列波导光栅波分复用器设计

选择在可见光波段具有较低吸收损耗的聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯 共聚物作为波导包层材料,使用双酚A型环氧树脂作为折射率调节剂,根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸;然后,采用束传播法优化设计出16信道阵列波导光栅(AWG)器件的版图结构。利用Optiwave软件模拟了AWG器件的光传输特性,结果显示,器件的信道间隔为0.845 01 nm,插入损耗小于14 dB,串扰小于-25 dB。     

用Stigmatic Points法设计高性能80通道阵列波导光栅器件

采用Stigmatic Points方法改进传统的罗兰圆结构设计方法,给出一个实用化、高性能80通道阵列波导光栅器件设计方案.对采用这两种设计方法得到的器件性能结果进行了比较分析,指出了传统设计方法在设计大通道数阵列波导光栅器件中存在的问题以及Stigmatic Points方法对器件性能的改进.     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题,微机以小于10min的周期报告出每通道0.6nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题, 微机以小于10 min的周期报告出每通道0.6 nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

降低AWG插入损耗和串扰设计新方法

在AWG器件的设计中引入了抛物线型的楔形波导结构,根据过渡区理论优化了引入的抛物线型楔形结构的形状和尺寸.采用抛物线型楔形结构代替直线型楔形结构,AWG的插入损耗降低了2 dB左右.在优化参数时使输出/输入波导间距与阵列波导间距取不同的值,并使输出/输入波导间距适当增大,而阵列波导间距取较小值,这样使得串扰降至－30 dB以下且插入损耗保持在低水平.运用光束传播方法给出器件的输出光谱并证实了理论上预想的结果.     

A concise design of 16 × 16 polymer AWG with low insertion loss and crosstalk

In this paper, a 16-channel arrayed waveguide grating multiplexer (AWG) has been designed using polymer materials with 1.5% refractive index difference. Certain important parameters are optimized using the coupling mode theory and Beam Propagation Method. The factors that affect the insertion loss and the crosstalk are analyzed in this paper. In our design we introduced the parabolic taper structure and evaluated the suitable number of the arrayed waveguide, obtaining a total insertion loss of 2.19 dB. For obtaining a low crosstalk we evaluate the pitches of adjacent input/output waveguides ΔX and arrayed waveguides d as different values. We chose the value of ΔX about 2.5 times of d by enlarging the pitches of adjacent input/output waveguides. The crosstalk of the designed AWG is lower than −40 dB.     

Three-dimensional hybrid modeling based on a beam propagation method and a diffraction formula for an AWG demultiplexer

An efficient and accurate three-dimensional (3D) hybrid modeling, which combines a 3D beam propagation method (BPM) and the two-dimensional (2D) Kirchhoff–Huygens diffraction formula, is developed to simulate the field propagation in an arrayed waveguide grating (AWG) demultiplexer. The 2D Kirchhoff–Huygens diffraction formula is used for the simulation of the light propagation in the free propagation regions (FPRs). A 3D BPM in a polar coordinate system is used to simulate the light propagation in the transition region between the input FPR and the arrayed waveguides so that the coupling coefficients for the arrayed waveguides are calculated conveniently and accurately. For the simulation in the transition region between the arrayed waveguides and the output FPR, only the central arrayed waveguide and several adjacent ones are needed in the computational window of a standard BPM and thus the computation efficiency is improved. Finally, a flat-top AWG is designed and fabricated to verify the reliability of the present simulation method. The calculated and measured spectral responses are in a good agreement.     

平面光波导放大器中光场分布的一种计算方法

用交变隐式差分方向的时域有限差分法(ADI-FDTD)计算了掺Er³⁺玻璃平面光波导放大器中光场的分布.其算法简单,结果无条件稳定,能完全模拟波导中的光场特性.     

方向耦合器结构参量的新型设计方法

本文应用束传播与重叠积分方法,考虑输入波导区、耦合区和输出波导区整体结构,提出了方向耦合器结构参量的新型设计方法.与耦合模及局部模等方法相比,该方法具有计算简便,结果精确等优点.     

时域积分方程数值求解中自项的修正方法

提出了一种修正二维瞬态散射问题中矢量势自项(selfterm)的计算方法.在传统方法中,矢量势用三维格林(Green)函数表示,其中在自项计算中通常忽略同一面块上的源点和场点之间的时间延迟,修正方法中引入了这种时间延迟.并进行了数值实验.这种修正传统方法对开结构瞬态散射问题的电场积分方程能得到稳定的解.