金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗

用金属包层介质光波导损耗的微扰理论及藉助多层近似法用递推公式分析渐变折射率波导传播常数的方法,对几种类型的金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗进行分析和讨论,得到了与精确数值计算结果相吻合的结果.     

基于离子交换条波导的生物溶液浓度传感研究

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法,给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件,导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解,拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决,样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上,试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构,验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液,最低检测限为0.1 μM,实现了低浓度微量测试,验证了条波导传感机制的有效性.     

统计优化迭代法测量质子交换波导折射率分布

提出了一种用于拟合测量渐变波导的折射率分布的新的理论处理。该方法把统计优化手段导入循环迭代法 ,可适用于费米函数这一类曲线变化范围大、且有多个自变量的函数。实验上用焦磷酸质子交换制备了LiNbO3波导样品 ,用该方法对退火后的折射率分布作了测量拟合 ,折射率拟合值与实验值的均方差为± 8.2× 10 - 4。     

飞秒激光在掺Er~(3+)“无水”氟碲酸盐玻璃中写入光波导

利用重复频率为1 k Hz,中心波长为800 nm,脉冲宽度为120 fs的超短脉冲激光在掺Er3+"无水"氟碲酸盐玻璃中利用狭缝整形技术横向刻写了I类和压低圆包层波导。在对波导刻写参数进行系统研究后,得到了两组导光模式较优的波导。利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为1×10-4和1.9×10-4。用散射法测试了I类波导的传输损耗为1.04 d B/cm;通过测量插入损耗得到压低圆包层波导的传输损耗小于1.88 d B/cm。因此,利用飞秒激光在掺Er3+"无水"氟碲酸盐玻璃中刻写的光波导,在集成激光光源制作方面具有很好的应用前景。     

基于自聚焦效应的新型模斑变换器

提出了一种新型的基于渐变折射率波导自聚焦效应的模斑变换器,分析了均匀折射率波导和渐变折射率波导的模式场分布及传输特性,研究了自聚焦效应的原理。利用时域有限差分法,计算得到了该变换器的插入损耗和回波损耗,所提模斑变换器与现有的最好模斑变换器的性能相当,但长度缩短至其1/6。该新型模斑变换器可用于集成光学系统中。     

飞秒激光在掺Nd3+光热敏折变玻璃中写入光波导

利用中心波长1 028nm、重复频率50kHz、脉冲宽度220fs的超短脉冲激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中刻写双线型和压低包层管状波导.研究了激光功率、波导双线间距、管状波导直径对近场模式的影响,得到了两组导光模式较优的波导.利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为+7.0×10~(-4)和+5.5×10~(-4).利用散射法测得双线型波导的传输损耗为1.29dB/cm;通过测量插入损耗得到压低包层管状波导的传输损耗小于1.95dB/cm.利用飞秒激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中直接写入光波导,在集成光学器件上具有广阔的应用前景.     

渐变折射率波导表面折射率的确定

单调变化的渐变折射率波导的表面折射率大于波导基模的有效折射率,因而不能用传统的m-线方法测量。利用分析转移矩阵(ATM)方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波,提出了一种确定波导近表面折射率的实验技术,在波导折射率分布的拟合中,得到了比传统逆WKB方法更为合理的结果。     

基于光纤腔衰荡技术的液体挥发过程监测法

提出一种基于光纤腔衰荡系统并以一小段包层腐蚀光纤作为传感头的液体挥发测量方法,同时搭建相应的实验装置进行了实验研究.从模式理论出发分析单模光纤传输模场的能量分布,并采用有限元法数值模拟光纤端面能量的分布,结果表明:包层越细的单模光纤对应越大的消光系数,即泄露出来的倏逝波能量越大,从而对外界环境更敏感,但是较细包层的单模光纤存在的损耗更大.综合分析得出腐蚀光纤的最佳直径应为26μm,最佳腐蚀长度为1cm.通过实时监测衰荡谱的衰荡时间变化,得到了30℃恒温环境下,乙醇与丙三醇混合溶液中乙醇浓度随挥发时间的变化曲线.实验结果表明,混合溶液中乙醇的浓度随挥发时间呈单指数规律衰减,该变化规律与理论分析相符.由于液体浓度与其折射率成正比,随着乙醇的挥发,混合溶液的折射率逐渐接近光纤包层的折射率,使其对腐蚀光纤纤芯中泄漏的倏逝波能量的吸收程度逐渐增大,环腔的衰荡时间也相应逐渐减小.此外,该监测方法在常温下具有较低的温度交叉敏感性.     

全电极脊形波导光传输特性

给出一种较为简便的全电极脊形波导的分析方法,即采用有效折射率方法把此金属包层脊形波导化成一个二维等效平板波导,然后利用微分法得到模的有效折射率满足的方程和吸收损耗系数的解析表达式.作为一个特例,用这种方法对SiO2全电极脊形波导光传输特性如光传播常数和损耗进行了计算, 并得到一些有益的结论.     

电光聚合物波导中的锥形结构

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接.锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构.宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换.劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作.研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率.结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37 dB,光纤-波导-光纤的连接损耗优于1.62 dB,对插入损耗的改善达到8.78 dB,模场转换效率达到了83.7%.     

金属包覆极化聚合物光波导的优化设计

按极化聚合物光波导器件的五层（金属－缓冲层－波导层－缓冲层－金属）对称模型，对于其金属包覆层的光学吸收所引起的光波传播损耗进行了理论分析和计算，给出了在单模条件下波导层和缓冲层折射率及其厚度之间的关系曲线，计算确定出单模极化聚合物光波导参数。     

Reduction of insertion loss after annealing of silicon oxynitride optical waveguides

The insertion losses of silicon oxynitride (SiON) waveguides have been measured in the 1550 nm wavelength region. The waveguide structure consisted of a 2.0μm SiON waveguide core with a refractive index of 1.50, a 0.5μm SiO₂ upper cladding and a 5.0μm SiO₂ lower cladding with a refractive index of 1.45. It was found that the wavelength-dependent insertion losses of the waveguide were greatly reduced by annealing, and the loss was decreased more than 5.7 dB/cm at 1550 nm after annealing at optimum conditions. The former was attributed to the reduction of the absorption caused by N-H and Si-H vibration modes, and the latter was due to the improvement of the interface roughness and homogeneity in the waveguides after annealing.     

光波导折射率分布的数值计算法

介绍了光波导折射率分布的数值计算法，采用该方法，可由光波导输出端面的二维光强分布得到的其折射率差的二维分布和沿ｘ，ｙ方向的线分布，文中给出了Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ３光波导沿垂直于基片表面方向的折射率差分布的测量结果。     

掩埋型离子交换玻璃光波导的变分分析

用变分法对离子交换法制备的掺铒光波导的传播特性进行了分析,推导出了适用于掩埋型离子交换玻璃沟道光波导中场分布传播常量的变分表达式,构建了场分布的厄米-高斯型试探解,在两种不同实验条件下,采用变分法确定了试探解中的待定参量,获得光波导中的场分布,利用传播常量的变分公式和已确定的场分布计算得到了传播常量和有效折射率。计算数据表明:导波区域的有效折射率稍稍地大于限制层的折射率,说明离子交换法制备的波导器件是弱波导;高的辅助退火电场强度和适当的退火时间下,所制备的光波导可以支持更多光模式的传输。该方法计算过程简洁、快速,计算结果与实验结果吻合。     

Optical planar waveguides in Yb³⁺-doped phosphate glasses produced by He⁺ ion implantation

Optical planar waveguides in Yb 3+-doped phosphate glasses are fabricated by implanting triple-energy helium ions. The guiding modes and the near-field intensity distribution are measured by using the prism-coupling method and the end-face coupling setup with a He-Ne laser at 633 nm The intensity calculation method (ICM) is used to reconstruct the refractive index profile of the waveguide. The absorption and the fluorescence investigations reveal that the glass bulk features are well preserved in the active volumes of the waveguides, suggesting the fabricated structures for possible applications as waveguide lasers.     

有增益及损耗的平板波导导模的精确微扰分析

给出求含有增益层与损耗层的突变与渐变折射率剖面多层平板波导导模的微扰与解析计算公式。举例讨论了导模模式的增益（或损耗）与结构参数和偏振的关系，本文方法较求解复本征值的打靶法等简便且节省机时，对于（半导体激光器与半导体激光放大器等）实际遇到的波导结构能给出精确数值结果，并可用以分析材料的增益系数或损耗对ＴＥ和ＴＭ模式及其增益的影响等问题。     

微细笔直写聚合物条形光波导的研究

提出一种采用微细笔直写技术直写聚合物光波导的简便方法，利用该技术成功直写出了氟化聚酰胺条形光波导，并着重研究了气体压力和直写速度对波导宽度的影响规律。实验结果表明：直写获得的条形波导的边缘整齐、表面光滑，而且不存在小孔等缺陷或杂质。当其他工艺参数不变的情况下，波导宽度随着气体压力的增加而增大，随着直写速度的增大而减小。微细笔直写获得的条形光波导成功地实现了通光，在波长为1550nm处的最小传输损耗为0.59dB/cm。     

离子注入石英玻璃光波导的研究

在熔融石英玻璃衬底上,通过注入氮离子和硼离子,制成了低损耗、单模平面光波导.波导的最大折射率和离子浓度分布的半宽度分别是1.48和0.5μm,波导损耗<0.1dB/cm.     

金属覆盖介质波导在截止点附近的光学特性

本文提出一种适合于截止点附近计算含金属覆盖层介质波层的近似解析方法，详细；地讨论在截止点附近的光波导的模式传播特性 和光电调制特性，并结合有效折射率方法讨论了止型脊形波导调制器的截止条件。     

Optical properties of He+-implanted and diamond blade-diced terbium gallium garnet crystal planar and ridge waveguides

Terbium gallium garnet (Tb₃Ga₅O₁₂, TGG) crystal can be used to fabricate various magneto-optical devices due to its optimal Faraday effect. In this work, 400-keV He⁺ ions with a fluence of 6.0×10¹⁶ ions/cm² are irradiated into the TGG crystal for the planar waveguide formation. The precise diamond blade dicing with a rotation speed of 2×10⁴ rpm and a cutting velocity of 0.1 mm/s is performed on the He⁺-implanted TGG planar waveguide for the ridge structure. The dark-mode spectrum of the He⁺-implanted TGG planar waveguide is measured by the prism-coupling method, thereby obtaining the relationship between the reflected light intensity and the effective refractive index. The refractive index profile of the planar waveguide is reconstructed by the reflectivity calculation method. The near-field light intensity distribution of the planar waveguide and the ridge waveguide are recorded by the end-face coupling method. The He⁺-implanted and diamond blade-diced TGG crystal planar and ridge waveguides are promising candidates for integrated magneto-optical devices.