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.     

聚合物脊形光波导TM模色散特性的偏振修正

有机聚合物脊形光波导的色散特性对聚合物光子学器件性能具有重要影响.本文利用标量变分理论计算脊形光波导的有效折射率,其用到的近似光场分布运用变分有效折射率法获得.考虑折射率分布的横向变化,基于导模满足的矢量波动方程,利用微扰法对标量变分理论所得有效折射率进行偏振修正,求得精度更高的色散特性.对聚合物多模脊形光波导基模和高阶模的色散特性进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,分析了单模波导TM、TE基模的偏振色散特性.研究结果表明,运用本征方程分析TM模的色散特性误差大,必须加以修正;而对于TE模,其误差相对较小.     

Fermi折射率分布光波导的模方程

对Fermi折射率分布的特性进行了分析,用光线理论推导出Fermi折射率平面光波导的近似超越模方程.理论分析和实验结果比较表明,Fermi折射率分布函数能较好地描述准阶跃渐变折射率.得到的近似模方程相当精确地决定了这类波导的模式特性,比阶跃折射率近似精确.     

左手介质椭圆光波导基模传播特性

在椭圆柱坐标系中,采用分离变量方法,得出了左手介质椭圆光波导本征方程的近似解,通过数值计算,分析了椭圆波导偏心率、左手介质的电容率、磁导率对椭圆光波导基模传播特性的影响,并将左介质光波导与右手介质光波导基模特性进行对比,得出左手介质光波导的基模特性与右手介质光波导基模特性差别不大的结论.     

用基于磁场的改进型有限差分法分析光波导的全矢量本征模

提出一种改进的有限差分法,用以求解全矢量磁场波方程,分析光波导承载的全矢量本征模.离散交叉项时,采用与波导结构无关的六点差分格式,考虑磁场分量的导数在芯包分界处的不连续性,比传统四点差分格式有更高的计算精度.分析阶跃型光纤、矩形和脊形光波导的全矢量本征模问题,给出全矢量基模的磁场分布及其归一化传播常数,揭示全矢量本征模的混合特性,所得结果与解析法、高精度模横向谐振法的结果吻合,验证了方法的收敛性与计算精度.     

无源光器件的传播模场分析

以波导结构的单向耦合器为例，将复坐标变量完全匹配层应用于光器件的模场分析，采用有限差分方法构造出模场的本征方程，通过数值求解得到器件的传播模场和等效折射率。结果表明等效折射率随间距变化而变化，间距越大，等效折射率越趋向于单根光波导的值，为准确分析无源光器件内部模场分布打下了基础。     

一种简单精准的渐变折射率分布光波导分析方法

渐变折射率分布的光波导分析对光波导器件的设计和研究至关重要, 近年来已提出了多种分析方法, 然而在简便性或准确性上都存在着不足. 为此, 提出了一种分析渐变折射率分布光波导的方法, 能够结合现有的Wentzel-Kramers-Brillouin近似法和离散化的波动方程, 构建模场分布, 再结合变分运算方程和修正的模式本征方程, 计算出较为精确的有效折射率. 与其他分析方法相比, 该方法较为简单, 而且有一定的精度.     

多量子阱平面光波导的有限元分析

本文利用有限元法分析了多量子阱平面光波导的传播特性,给出了任意阱数多量子阱光波导.TE模和TM模的有效折射率和TE模的强度分布.结果表明:r(势阱与势垒的厚度比)值的改变,影响波导中导模的模式数目、有效折射率、双折射和强度分布;并发现在某些情况下,均方根近似是不适用的.     

抛物折射率非线性平面光波导TE模的解析解

对由非线性上包层和抛物折射率分布的导波层构成的非线性光波导,严格求解了非线性波动方程,推导出导波模式的显式解析形式模方程和表达式。     

多量子阱平面光波导的有限元分析

本文利用有限元法分析了多量子阱平面光波导的传播特性,给出了任意阱数多量子阱光波导_TE模和TM模的有效折射率和TE模的强度分布.结果表明:γ(势阱与势垒的厚度比)值的改变,影响波导中导模的模式数目、有效折射率、双折射和强度分布;并发现在某些情况下,均方根近似是不适用的.     

二次多项式型平面光波导模式

用一级微扰理论，对二次多项式折射分布平面光波导，进行了波方程的解析求解，推得用Ａｉｒｙ函数表示的场解和色散方程。用一级微扰近似计算了传播常数，并与实验值进行了比较，其结果是符合的。     

含间隔层的增益导引-折射率反导引平面波导激光器中高阶模式抑制研究

为了抑制高功率波导激光器中的高阶模式,改善其光束质量,基于增益导引-折射率反导引理论,在对称分层波导结构中添加了一层间隔层,进一步加大了高阶模式与基模之间阈值增益系数的差异,利用这种模式竞争抑制高阶模式.同时从波动方程出发,推导出各模式的本征方程,并给出了基模和高阶模的场分布.引入间隔层之后的高低阶模式损耗计算结果表明,通过合理地选择间隔层参数,可以有效地抑制高阶模式.     

K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布,由色散曲线得到单模波导的制备条件(即扩散深度范围),从而得出单模波导的离子交换时间范围,制备出单模波导,并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码相机,通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.     

矩形波导近似计算椭圆应力包层单模光纤的双折射

提出矩形波导近似,并分别采用Marcatili法和有效折射率法进行计算,得出了数值结果,并将其与大块光学材料近似、修正耦合波理论和微扰法以及精确求解特征方程的结果进行比较.     

有限元法求解任意折射率分布光纤模场分布

 应用有限元方法求解了任意径向非均匀折射率分布园柱对称介质波导中纵向场耦合波动方程定解问题所对应的变分问题,该方法不受弱导或高斯模场分布等限制,可方便地求解光纤中介质波导的模场分布。用此方法研究了带阶跃环的三角型分段折射率分布光纤中归一化模场半径与芯层传输功率比值随光纤不同结构参数的变化规律。     

8 mm回旋行波管和返波管的三折螺旋波纹波导色散分析

 三折螺旋波纹波导使TE11模和TE21模相互耦合，其色散曲线能够在宽频带内与电子回旋共振，因此需要对色散方程进行研究。提出了适合工程实用的行波模式和返波模式的色散方程，并对方程中的耦合系数进行了简化，误差在1%左右。利用CST软件的VBA语言对螺旋波纹波导进行建模和计算，根据模拟得到的传输特性曲线的特点，提出一种模拟方法，将模拟与理论计算得到的色散曲线作对比，误差在5%左右。     

A new semi-analytical method for the analysis of tapered optical waveguides

Tapered waveguide are used in number of integrated optic devices such as directional couplers, modulators, switches mode converters, etc. Most of the methods analyzing tapered waveguide are numerical in nature. In this paper we present a simple, fast and accurate semi analytical method for z-varying waveguide. However, very few idealized structures can be analyzed directly. The present method consists of separating transverse and longitudinal variation in the wave equation, leading to a differential equation with z-varying coefficients for the field variation along z-axis. For the transverse variation local normal theory is applied. Now this equation is applied to specific taper geometries like linear down taper. Computational are done assuming typical values. We observe variation of power mode profile and mode width. Waveguide loss is also including in the analysis. Finally the analytical simulation results have been verified by the commercial Opti-BPM software.     

Dispersion Characteristics of Plasma Mode in Corrugated Plasma Waveguide

The dispersion equation of electromagnetic wave is derived for corrugated waveguide filled with plasma immersed in magnetic field under assumption of small corrugation, the dispersion characteristics of low frequency plasma mode are calculated and analyzed, the dense spectrum of plasma mode is demonstrated.     

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%.     

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。