变耦合系数非线性三波导定向耦合器特性研究

报道了对高斯型及指数型变耦合系数三波导耦合器的一些重要的全光开关特性进行的研究。利用四阶龙格一库塔方法对指数型和高斯型两类变耦合系数三波导耦合器进行了数值计算。数值计算结果表明：对于变耦合系数三波导耦合器而言,功率可在波导1与波导3之间100％转换,而波导2则不可能达到100％的功率输出。与双波导变耦合系数耦合器相比,在相同的最大耦合系数情况下三波导变耦合系数耦合器开关曲线要更陡一些．即具有更好的开关特性。与平行三波导耦合器相比,变耦合系数三波导耦合器作为光开关的最大优点在于开关曲线中不存在振荡。     

具有高阶耦合色散系数三芯光纤耦合器非线性光开关特性的研究

利用两种方法研究了高速光脉冲在具有交叉相位调制的等边三角形排列结构的非线性三芯光纤耦合器中传输和开关特性.首先利用变分原理得到三纤芯中传输转移系数随距离变化的方程,然后利用分裂步长傅里叶方法求得了光脉冲的数值解.变分法和数值模拟的结果表明：当一阶模间色散系数较小时,光脉冲仍能在三芯之间周期性耦合传输,并且表现出良好的开关特性,但是随着一阶模间色散系数的增大,脉冲耦合传输的周期性和陡峭的开关特性都遭到破坏,光脉冲在传输中发生分裂;二阶耦合色散系数和初始啁啾都能使光脉冲传输时的耦合长度变短、光脉冲在三纤芯之间 关键词： 三芯光纤耦合器 模间色散系数 耦合长度 开关阈值功率     

三芯光纤耦合器的开关和传输特性研究

利用耦合非线性薛定谔方程组(CNLSEs),研究了超短孤子脉冲在非线性三芯光纤耦合器中的传输和开关特性。分析了正常色散和反常色散对于开关特性的影响。通过调整非线性参数能够优化开关特性,降低了开关阈值功率和提高了能量转移效率。采用分步傅里叶法(SSFM)的仿真,数值模拟了在正常色散区和反常色散区的不同开关特性,以及当非线性参数从1.5增大到2.5时开关性能的变化。研究表明:在反常色散区中,耦合器具有明显的开关特性。在三芯耦合器中,当三根光纤的非线性参数同时增加时,阈值功率由Po12显著降低至Po4.12,能量转移效率由40%显著提升至65%。     

多波导定向耦合器耦合特性

利用拉普拉斯变换,将多波导定向耦合器的耦合模方程组变换为三对角线性方程组,并采用追赶法求出了该方程组的通解;进一步,给定初始条件,进行拉普拉斯变换反演,即可严格地求出该耦合模方程组的解。采用该方法研究了5波导定向耦合器光从一个波导入射和等光强从5个波导入射时的耦合特性,求出了耦合模方程组解的解析表达式,给出了每个波导中光功率变化规律曲线。利用该方法,可很方便地求出任意有限数目波导组成的定向耦合器在任意入射条件下耦合模方程组的解,因此对于多波导定向耦合器结构的合理设计,具有非常重要的意义。     

一种定向耦合器型高聚物光开关设计

本文提出了一种基于定向耦合器型的高分子聚合物波导光开关设计,其突出特点是极低的波长相关性和耦合区几何尺寸敏感度,可采用橡胶成型工艺(Rubber Molding Process)实现高聚物波导在硅基底上的快速转印成型.利用BPM方法进行了器件的波导结构设计及性能模拟,插入损耗为0.4-0.6 dB,串扰<-32 dB,偏振相关损耗约为0.08 dB,电光系数r33＝14 pm/V时,器件的开关电压为42 V.     

基于互易定理的双缓变光纤模耦合特性研究

直接从电磁场的普遍原理——共轭互易定理出发,针对无损折射率双缓变光纤,得到了双缓变光纤模耦合方程,推导出了互耦合系数、自耦合系数、干涉耦合系数和传播常数之间关系。在此基础上,对模耦合方程进行了求解,得到了相同双缓变光纤模耦合方程的近似解析解,讨论了耦合系数对光功率耦合的影响。     

聚合物定向耦合电光开关的高频响应特性分析

应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换法和镜像法,给出了分析聚合物定向耦合电光歼关高频响应特性的功率传输矩阵新方法,导出了输出功率、上升时间、下降时间、开关时间及截止开关频率的表达式.为了获得较低的传输损耗、较好的阻抗匹配、较小的开关电压以及较高的截止频率,优化设计了器件的波导结构和电极结构.模拟结果表明,所设计器件的开关电压为1.457 V,耦合长度为4.374 mm,开关时间为32.8 ps,截止开关频率为114.7 GHz.与点匹配法的计算结果和实验结果的对比表明,该理论分析方法具有较高的精度.     

耦合带状线定向耦合器大功率合成器的设计

介绍了直线加速器高频全固态功率源中大功率合成器件-3 dB定向耦合器的理论计算和工程设计过程, 该合成器工作频率80.5 MHz, 输出连续波功率大于20 kW。 分析了合成器的功率容量, 并对相应的理论计算结果、 CST (Computer Simulation Technology)软件模拟计算结果和实际功率合成器件测量结果进行了比较。 通过比较得出, CST仿真结果与测试结果基本一致, 隔离度和电压驻波比等实测指标优于设计指标, 只有耦合度与设计指标有些偏差, 总体上达到了预期的设计要求。 在输出功率20 kW时, 取样波形无失真, 合成器无明显温升, 满足固态功率源大功率稳定运行的要求。 The principle of design and calculation of the power synthesis in the solid state amplifier are described in this paper. The working frequency of the synthesizer is 80.5 MHz. The output continuous wave power is more than 20 kW; The synthesizer power capacity is analyzed. The theoretical calculation results, Computer Simulation Technology (CST) simulated results are compared with the measured results of the actual 3 dB couplers. The analysis of the measured results and CST calculated results shows that the simulation is in agreement with the measurement results which meet the design requirements of the solid state amplifier. Except the coupling coefficient, the isolation, the VSWR and other parameters are better than the design target. When the output power is 20 kW, the sampling waveform has no deform and the temperature of the synthesizer is stable.     

带补偿电极的高消光比定向耦合器开关

研究了对称结构定向耦合器开关的工作原理 ,用正交模理论结合制造工艺条件分析了影响对称结构定向耦合器开关消光比的因素。提出了提高对称结构定向耦合器开关消光比的方法。理论分析及模拟计算结果表明 :在对称结构定向耦合器开关的分支区加上一对补偿电极后可以获得较高的消光比。     

双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器研究

利用半矢量有限差分法设计了具有低折射率双芯的光子晶体光纤宽带定向耦合器,并数值计算了双芯光子晶体光纤的结构参量对耦合性能的影响.数值结果表明,通过优化选取光子晶体光纤包层结构参量和纤芯掺杂浓度,双芯光子晶体光纤耦合器可以实现宽带耦合.在1.22~1.65 μm 波长范围内其耦合长度稳定在26637 nm±235 nm范围内,耦合器设计成耦合比为50%和10%,分别实现了耦合比为（50±0.702）%和（10±0.664）%的良好特性.     

星形光波导耦合器的耦合特性分析

根据TE0模光波导的本征场分布、瑞利索末菲标量衍射积分公式和激励源与光波导耦合的匹配效率公式,给出光波导端面衍射和耦合的归一化发射系数和接收系数计算公式,推导出光波导端面非接触耦合的耦合效率计算公式。光波导模场分布采用高斯函数近似表达,给出简洁的计算光波导端面非接触耦合的耦合效率函数表达式。最后,基于星形光波导耦合器结构参量的特点,将累加运算采用积分运算近似表达,给出星形光波导耦合器接收光波导总的接收效率与耦合器基本参量的关系,阐明了星形光波导耦合器的耦合特性。     

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     

含负折射介质的反向定向耦合器的时空不稳定性研究

研究含负折射介质的不对称反向定向耦合器中的时空调制不稳定性(MI),探讨了输入功率、前向波和后向波功率比和通道间的耦合系数等对时空MI的影响。结果表明:在这种新型耦合器中只有当横向波数超过一定阈值时才会产生MI,增加输入功率或减少前向波和后向波的功率比都会扩大MI增益谱的范围并最终使MI区域重合,而降低耦合器通道间的耦合系数可减少MI的增益峰值但拓宽增益谱的范围。负折射介质的电磁参数可调谐特性为实现MI的主动调控和孤子的形成提供了新的方法和手段。     

Nonlinear Refractive Index of Er3+-Doped Fiber and Its Application to Nonlinear Fiber Coupler

A large change in the refractive index originating in the transition absorption of erbium ions is induced in an Er³⁺-doped fiber. It is shown that the Er³⁺-doped fiber exhibits the nonlinear refractive index of n₂=7.4 × 10⁻¹⁵ m²/W, which is 10⁵−10⁶ times larger than that caused by the optical Kerr effect in a usual silica fiber at the pumping, wavelength of 514.5 nm. The large nonlinear refractive index occurred in a fiber directional coupler fabricated with the Er³⁺-doped fiber optically changes the coupling condition. The coupling ratio changes up to 0.16 by increasing the pumping power up to 0.7 mW.     

单模与多模光纤耦合器的光束合波

现有的光纤耦合器在作为分波器使用时具有较低的插入损耗,在作为合波器时插入损耗较大,为实现低损耗合波目的,提出一种由单模与多模光纤共同构成的混合型光纤耦合器。利用耦合波方程理论分析其工作原理,计算机模拟其耦合过程。采用熔锥法制作工艺,完成单模与多模光纤耦合器的制作,实验结果与理论模拟相吻合;该器件单模到多模光纤的耦合效率、多模到多模光纤的耦合效率均在90％以上,实现了两路光束的功率合波。作为低插入损耗合波器件可广泛应用于光通信以及双包层光纤激光器抽运光的注入。     

硅基二维光子晶体耦合器理论研究

光子晶体是一种具有光子带隙的新型人工材料,利用其具有控制和限制光子运动的特性可以制成新颖的光学器件。利用硅基二维光子晶体,提出了一种4端口耦合器。采用时域有限差分法作为研究工具,TM模作为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。在不同的耦合长度下研究光在输出端的功率透射率。结果表明选择适当的耦合长度可以使光在器件中呈现不同的状态。进一步研究表明,通过改变器件内部介质柱的半径,可以改变光在输出端的输出功率。从而证实了这种器件不仅具有波长选择性,而且具有潜在的可调节性,这些特性使得这种器件在全光开关的应用上具有潜在的优势。     

四端口光纤声光器件的耦合模理论

简述了光纤的声致折变机制,在复合光波导理论基础上讨论了光纤零耦合器与常规光纤耦合器的本质区别,指出零耦合器实质上是一段可以选择激励的双模光纤。从耦合模理论出发,求解了零耦合器中声致模耦合渐进方程组,给出了四端口光纤声光器件功率耦合的完整解析表达式,阐明了器件输出光的频移特性,解释了器件在声光谐振时具有的倍频声光调制、可调光移频、光滤波、光分束、光开关等功能。最后报道了器件作为可调光分束器或光开关的研究实例。     

方形渐变空气孔微结构光纤的色散特性分析

提出了一种新型的方形分布渐变空气孔微结构光纤。借助时域有限差分法计算了孔间距取 2.0μm和2.5μm,最小孔直径分别取0.4μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm和1.0μm,从第一层到第五层直径线性递增量分别为0.1μm/层和0.2μm/层的五层渐变空气孔微结构光纤的基模色散曲线图,结果表明渐变空气孔微结构光纤在控制色散的能力上明显优于空气孔不变的微结构光纤,这种光纤的色散曲线在1400~2000 nm波长范围内保持平坦且具有更低的色散量;当渐变空气孔微结构光纤第三层孔的直径取与孔直径不变微结构光纤的孔直径相同,且第一层到第五层孔直径按每层0.2μm的斜率增长时,其色散曲线最低最平坦,色散值保持在30 ps/(km·nm)左右。