利用波叠加观点讨论光波导模式的物理意义

不同于传统的光波民模式理论，本文从光波叠加的观战分析了光波导中形成光场模式的机制，给我场模式的物理定义，用普通物理方法计算了平面光波导中模式的场分布，并给出了特征方程以及一些波导参量的物理意义。     

平面光波导中的有效折射率数值解法及光场分析

本文给出一种计算有效折射率的数值迭代算法，通过计算得出平面光波导的光场分布及厚度。     

平面光波导光场分布的有限时域差分法计算

用有限时域差分法计算了简单三层对称平面光波导中的光场,得到了任意截面上光场的分布.这一方法的优点在于它能完全模拟波导中光场的时域特性,使波导中的光传播完全可视化,模拟横向传播,提取光在波导中的传输模式,也可用于有源波导的计算如光波导放大器.有限时域差分法直接求解依赖时间的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似,把旋度方程中的微分符直接转换为差分形式.每一步计算都无须作矩阵求逆运算,因此,比其他数值计算方法更有效、精度更高.     

聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃光波导的FD-BPM分析

阐述了三维波导结构的FD-BPM原理,并用FD-BPM法模拟了波长为1.54μm和0.98μm的高斯光束在Er³⁺-Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光波导内光场分布.与沟道光波导相比,掩埋型光波导内的泵浦光和信号光的散射都非常小,光场分布非常均匀.研究结果表明,掩埋型光波导是制作Er³⁺-Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光波导激光器和放大器的理想波导.     

非平行波导耦合理论研究

利用耦合模理论对非平行波导耦合特性进行了研究，得到了非平行波导的普遍性耦合方程及耦合系数表达式.进一步采用小角度近似，给出了几种情况下的计算结果，并与目前报道的利用其他方法计算的结果做了比较.研究表明，不同方法得到的波导中光功率虽然在远距离处都趋于稳定不变，但稳定功率的大小有明显的差别；另外由新提出方法得到的近距离处光功率随着传输距离的起伏变化更为明显.由于该方法同时考虑了非平行波导中光场相位和振幅对耦合方程和耦合系数的影响，因而所得结果能更全面地反映非平行波导的耦合特性，对实际应用更有意义. 关键词： 非平行波导 耦合方程 耦合系数     

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.     

用平面映射边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导

用平面射映边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导的结果表明，耦合脊形光波导的耦合能力随脊高增加而减小，随波导间距增加呈指数衰减。给出了耦合脊形光波导所承载的偶、奇模电场分布，其结果与采用其它方法得出的结果吻合得较好，可以优化波导光电子器件的结构参数。另外，平面映射边界条件避免了非物理反射，待求矩阵小，计算效率高。     

阵列波导光栅波分复用/解复用器光谱响应效率的理论模型

基于单模光波导的本征模场分布,瑞利－索末菲衍射积分公式和天线原理的互易定理,给出耦合器中两个非接触平面光波导耦合特性的描述.基此,根据等光程差不等振幅多光束干涉的光场叠加原理,推导出新颖的阵列波导光栅波分复用/解复用器的光谱响应效率的解析函数表达式,这些表达式可为快速精确分析阵列波导光栅波分复用/解复用器的特性提供理论基础.同时,介绍了一个计算阵列波导光栅波分复用/解复用器特性的例子,给出其光谱响应度和信号通道串扰.     

LiNbO3∶Fe晶体中光写入阵列平面光波导的实验实现

采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO3∶ Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.     

LiNbO3:Fe晶体中光写入阵列平面光波导的实验实现

采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO₃: Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.     

超宽带聚合物调制器的优化设计

设计了一种以聚合物作为材料的低损耗、宽带宽的Mach—Zehnder光波导调制器。分析了调制器的脊波导的模式特性,设计了脊波导的结构,并使用BPM软件模拟了脊形波导的光场分布;通过对光场分布的分析,优化了脊形波导的宽度Wg,脊高6,芯层高度H。同时对聚合物调制器的电极进行了优化,包括电极宽度W和电极间距D,使得调制器有较小的导体损耗以及较好的阻抗匹配。并结合了脊波导的结构参数和电极的优化参数,给出了优化结果,它能够使微波的有效折射率与光波的有效折射率达到匹配,从而使带宽达到177GHz,导体损耗为0．2569dB／cm·GHz1／2。     

离子交换KTP晶体光波导及其各向异性波导性能研究

采用离子交换法制备了Ｒｂ：ＫＴＰ晶体光波导，在不同波长的耦合光下测量了ＴＥ和ＴＭ偏振波导模式的有效折射率，拟合了波导层折射率的余误差函数分布，证明了波导折射率增量的各向异性，给出了其色散关系；最后计算并讨论了Ｒｂ：ＫＴＰ波导的扩散特性。     

远红外自由电子激光光腔改进的模拟分析

 提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束，利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响。模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响。3维数值模拟计算表明在光腔中加入波导使扭摆器净增益由-6%提高到约25%；波导管的间隙每缩小2 mm，腔内净增益提高7％~15％；场强每提高0.02 T，腔内净增益可增加5%~10%。     

制备工艺对掺杂NaYF4:Er3+,Yb3+发光纳米晶的聚合物光波导放大器性能的影响

制备了NaYF₄：Er³⁺,Yb³⁺纳米晶,表征了纳米晶的形貌,通过物理掺杂的方式将纳米粒子掺杂到SU-8中作为光波导放大器的芯层材料,优化了波导放大器的尺寸,利用旋涂、刻蚀等工艺,在二氧化硅衬底上制备了光波导放大器。实验中用光漂白法和湿法刻蚀两种方法制备光波导放大器,分别给出了两种方法制备的器件的结构、工艺流程、光场模拟结果,并对两种方法制备的器件的放大特性进行了测试。测试结果表明,当980 nm波长的泵浦光功率为241 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时,使用湿法刻蚀法制备的放大器得到2.7 dB的相对增益。当980 nm波长的泵浦光功率为235 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时,使用光漂白法制备的放大器得到4.5 dB的相对增益。根据以上测试结果,分析了两种工艺对器件性能的影响。     

弱限制波导的光线量子力学分析方法

根据光线量子理论验证了弱限制波导条件等效于光学中傍轴近似，可将量子理论方法移植到光波导中，并对光线量子力学方法在光波导中应用的物理意义进行了分析和讨论。     

基于模式匹配法的平面波导光场分布分析

采用模式匹配法,对一个三段平面光波导结构的光场分布进行了计算机模拟,数值模拟结果正确地反映了一个宽波导与一个窄波导衔接后,在两者交接处的光波场泄露.该方法可用于分析结构更加复杂的光波导器件.     

用光辐照法在SBN:Cr晶体中写入动态阵列平面光波导

利用扩展的准直He-Ne激光束通过菲涅耳双棱镜所形成的干涉光场辐照SBN:Cr晶体， 同时沿晶体光轴方向施加适当的直流电场，可在晶体中形成类似于体相位光栅结构的阵列平 面光波导. 采用马赫-曾德干涉仪光路实时测量了所写入阵列平面光波导的横向折射率分布 ，其峰值接近10-4. 初步的导光测试结果表明，利用周期结构光辐照并辅以适当的外加电场在SBN:Cr晶体中写入阵列平面光波导是可行的. 并且由于SBN:Cr晶体的快速响应特性，所写入的光波导是动态的，可随着写入光的撤除而快速消失，或通过改变双光束夹角 关键词： SBN:Cr晶体 结构光辐照 阵列平面光波导 折射率分布 外电场     

掺铒光波导入大器的速率方程分析

用重合积分的方法，分析了描述掺铒光波导放大器（EDWA）的速率方程，得到了980nm波段抽运的掺铒光波导放大器增益的隐式解析解，在此基础上得到了抽运阈值功率的解析表达式。计算了掺铒平面光波导放大器中的光场与铒掺杂浓度分布的重叠因子。讨论了铒掺杂浓度对抽运阈值功率的影响及轴运功率对增益的影响。     

有源弯曲波导反馈特性的三维时域有限差分法仿真

半导体光放大器的耦合光纤形成的外腔反馈通过引入弯曲损耗得以抑制.通过对半导体光放大器有源波导引入对前、后向光场非对称散射损耗,以前向光场部分损耗为代价,反馈光场能量被分布式地较强辐射.时域有限差分法仿真研究表明,通过优化弯曲有源波导的结构,相对于通常的有源直波导,在相同的材料增益和输入、输出条件下,反馈可以下降10 dB以上.由此可以简化高增益半导体光放大器的器件结构.