新型结构波导光栅耦合器的耦合特性分析和数值模拟

针对一种新型结构的波导光栅耦合器,通过求解波在直角坐标系下电场分量的亥姆霍兹方程获得了TE导模和TE辐射模的电场。运用模耦合理论分析了光束通过光栅被耦合到波导当中的情况。数值模拟了在不同的波导和光栅结构参数下耦合系数的变化情况。     

仅有相邻波导耦合的定向耦合器的一般解法

应用切比雪夫多项式 ,求得了仅有相邻波导耦合的 (N +1)× (N +1)定向耦合器在弱耦合、无损耗和忽略正交偏振模场分量间耦合的情形下波导耦合方程的通解。列出线形排列 2× 2 ,3× 3,4× 4定向耦合器的解的表达式 ,并对环形排列 3× 3定向耦合器的解作了较详细的分析     

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。     

AWG中波导间耦合造成的相位畸变的分析

用(1,1)阶Pad啨近似的广角BPM计算了阵列波导光栅(AWG)中由于阵列波导间耦合造成的相位畸变以及由于相位畸变引起的相位误差分别考虑了光从中心/非中心输入波导入射两种情况结果表明,波导间的耦合会造成显著的相位畸变,但由此引起的相位误差却很小,光从中心输入波导入射时对应的相位误差10-3rad,从非中心输入波导入射时的相位误差约为10-2rad针对波导阵列边缘效应引起的相位畸变,设计AWG结构时,在阵列部分两侧增加了边缘辅助波导结构,从而消除了边缘效应,使得边缘阵列波导对应的相位误差从10-1rad量级减小为10-3(10-2)rad量级.     

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。     

快速计算阵列波导光栅波导耦合系数的修正重叠积分方法

提出了一种修正的重叠积分方法用以计算阵列波导光栅(AWG)波分复用器件中光从自由传输区域到阵列波导的耦合系数,并和光束传播法(BPM)数值方法计算得到的结果做了比较通过比较分析,得出结论:当波导中心距不是太小时,用修正重叠积分这一快速方法是合适的.     

光纤耦合模理论及其在光纤布拉格光栅上的应用

将正确的光纤中的正交关系应用于微扰耦合模理论得到了光纤中的微扰耦合模方程；并将其应用于光纤布拉格光栅，得到了一种新耦合模方程。该方程中作为标志性特性的耦合系数与其它理论中的耦合系数都不相同。讨论了方程的解，得到了峰值反射率与布拉格波长、光栅长度之间的简单关系式。用光纤布拉格光栅进行了实验，理论和实验结果符合得很好。     

高Q值、超窄带宽反向耦合型相移光栅

相移光栅是光子集成电路的基本元件之一,被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比,反向耦合型相移光栅无需光环形器,易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应,通过将不同周期的波导光栅组合在一起,实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势,能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。     

光折变长周期波导光栅耦合器的设计和分析

为了实现在一种稳定的材料上制作简单的光栅耦合器,提出了在钛扩散铌酸锂波导上制作光折变长周期光栅耦合器的方案。利用有效折射率法和耦合模理论,确定了耦合器的结构参数,包括光栅周期为74.28μm,两波导的分开距离为8μm以及100%耦合情况下光栅的最小长度为2.42 cm。分析了传输光谱,得到3 d B带宽为5.20 nm。模拟结果表明,当光栅长度和偏移距离的容差分别为0.37 cm和0.21 cm时,耦合效率可以达到90%以上。该耦合器有望应用于粗波分复用系统。     

掺半导体玻璃波导光栅耦合高速全光开关

非线性光学器件的主要应用目的之一是全光信号处理,非线性光波导象其它非线性光学器件一样,也已被广泛地应用于全光信号处理方面的研究,如人们已采用棱镜波导非线性分布耦合方式来实现全光限幅、全光开关和全光双稳等研究[1,2].在非线性光波导器件中,由于光被束缚在微米尺寸的光波导中传输,而大大增加了光功率密度,因此,在光与非线性光波导的相互作用过程中可以大幅度地降低非线性效应的阈值功率,提高全光信号处理的灵敏度.此外,非线性光波导器件的小型化、集成化等优点更吸引人们去进行深入的研究.     

一种新型的Tapered光纤光栅

利用耦合模方程对正弦型Ｔａｐｅｒｅｄ光纤光栅的反射谱进行了较为详细的计算和分析,并从实验上进行了验证。利用叠加均匀周期光纤光栅的模板和周期性振幅光栏一次成栅的方法,获得了具有三个反射峰、中心波长间隔为０．８ｎｍ的Ｔａｐｅｒｅｄ光纤光栅,这种光栅具有类似于梳状滤波器的功能,在多波长光纤激光器等方面有重要应用。     

双重光纤布拉格光栅的耦合理论分析

双重光纤布拉格光栅无论是在通信领域还是在传感领域都有着重要的应用价值。在分析双重光纤光栅折射率扰动特征的基础上,得出了它的耦合方程,并采用数值计算方法,对它的光谱特性及影响光谱特性的因素进行了系统的分析,重点讨论了两个光栅的关联特性,所用的分析方法和得到的结果对双重光纤光栅的制作和应用具有参考价值。     

运用严格耦合波理论计算平面电介质光栅的衍射效率

本文阐述了严格耦合波理论的基本思想。针对横电波的情况，详细分析了运用严格耦合波理论实现光栅衍射效率计算的方法，并且进一步给出了编制计算衍射效率程序的步骤。通过一个具体计算实例表明：各衍射级分布的光能量之和等于入射光的能量，满足能量守恒定律，从而证实了计算结果的正确性。     

基于导模共振效应的自支撑超灵敏生物探测器

基于多层平面波导理论,采用自支撑共振光栅,提出了一种应用于生物探测领域的超高准确度传感器.理论计算表明,本文提出的生物传感器,其探测准确度于共振光栅的周期成正比,接近基于共振效应传感器的理论极限.采用单层共振光栅的归一化色散方程,计算了色散曲线随探测介质折射率的变化关系,从而证明了其探测准确度.此外,基于此共振光栅结构,设计了工作在近红外和中红外波段的生物探测器,分别应用于液体(1.3～1.7)和气体探测,折射率的分辨能力在近红外波段可以达到1×10^-5,在红外波段优于1×10^-6,能满足绝大多数生物材料的探测.相比于传统的基于导模共振效应的共振传感器,本文提出的生物传感器,其探测准确度有一至两个数量级的提高.     

Electromagnetic Diffraction Analysis of 2-D Antireflective Subwavelength Grating with Coned Profile

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｅｘｔｒｅｍｅｌｙｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｓａｒｅｌｉｍｉｔｅｄｉｎｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｒｅｇｉｏｎ ,ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｉｍｉｔｅｄｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｉｎ ｆｉｌｍｃｏａｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓａｖａｉｌａｂｌｅｆｏｒｕｓｅｔｏｄａｙ .Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒａｔｉｎｇｓｈａｖｅｂｅｅｎｒ…     

Optimization of a 2D photonic crystal add/drop multiplexer based on contra-directional coupling

We present a highly integrated add/drop multiplexer, where the contra-directional coupling is realized by phase matching two photonic crystal waveguides. The device band structure, the corresponding transmission and drop spectra, and the coupling length are carefully analysed. Different device configurations are discussed and by tailoring the coupling factor, we optimize the frequency response of the filter, obtaining a -sized channel selector, characterized by a very high drop efficiency.     

利用位错光栅实现中空光束

讨论了螺旋波的特性，利用计算机模拟螺旋波与平面波干涉仪形成的光学位错图案制成光栅，利用不同阶次的位错光栅得到不同暗斑尺寸的中空光束。     

一种条形亚波长径向偏振光栅

提出并设计了一种条形亚波长铝金属径向偏振光栅,用电子束直写方法制成,可以将偏振光偏振面的旋转直接转换为光斑的水平移动,通过定位光斑位移实现旋光角的测量.光栅由12000个单元水平排列组成,每个单元宽1μm,中心单元的格栅方向为0°,左右相邻单元的格栅分别按逆时针和顺时针方向依次旋转30″,最终实现±50°旋光角的测量范围.基于琼斯矩阵建立了光栅的理论模型,并运用严格耦合波理论分析了光栅的偏振特性与光栅脊厚、周期、占空比、入射光波长之间的关系,确定了光栅的最优结构.实验与仿真结果表明,光栅TM波的透过率大于80%、整体消光比大于26dB.这一测量模式不受光功率波动的影响,可以构成无机械旋转的新型旋光仪,或不需要旋转图像平移转换的电力光学传感器.     

透射光栅衍射效率研究

透射光栅广泛应用于 X光能谱测量 ,为获得定量的 X光能谱 ,首先在北京同步辐射源上对透射光栅的衍射效率在多个入射 X光能量点进行了实验标定 ,获得了透射光栅衍射效率的实验结果。为模拟透射光栅衍射效率实验标定结果 ,发展了一个新的透射光栅衍射效率计算模型 ,该模型不同于国外已发展的矩形栅线模型和梯形栅线截面模型 ,而是假设透射光栅栅线具有准梯形截面。模型计算结果与实验标定结果符合很好。     

Characteristics of Fused Optical Fiber Grating Couplers with Tapered Shapes

Fused optical fiber grating couplers (FGCs), in which Bragg gratings are written in the coupling regions of fused optical fiber couplers with tapered shapes along them are theoretically and experimentally investigated. By coupled mode analysis considering these tapered shapes, the drop efficiencies of the FGCs, which are inherently zero for the normal fiber couplers without grating, are calculated. The grating offset, which is the difference between the centers of grating and the coupler taper, is found to be effective to increase the drop efficiency of the FGC. It is determined that the tapered shapes influence the wavelength dependence of the drop efficiency and tolerate the grating offset precision. Apodizations for the grating of FGC are found to be effective in suppressing side lobes of the drop efficiency. Measurement of the wavelength characteristics of drop efficiency and the temperature characteristics of drop wavelength of the fabricated fused FGC confirm that the lightwave with specific wavelength can be dropped by the FGC and that the temperature dependence of the drop wavelength is similar to that of Bragg wavelength changes of usual fiber Bragg gratings.