一种基于多模干涉耦合器的模转换与合并器件的设计

多模波导干涉（MMI）耦合器在集成光路中被用来实现波导模式的转换或合并。对于实际的基于硅绝缘体（SOI）的三维波导，数值设计方法是必需的。采用有限差分波束传输法（FD-BPM）设计了一种66％模式转换、合并器。首先由FD-BPM求出MMI耦合器的输入、输出波导所支持的基模和一阶导模的模场分布，通过数值方法得到MMI耦合器的长度，然后将求得的模场作为输入波场，经过FD-BPM运算后在器件输出面上计算交叉积分得出实际的由基模转换为一阶模的功率百分比。对于算例中采用的SOI波导，器件长度为829μm，65．7％的功率由基模转换为一阶模。     

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。     

氮化硅片上光栅耦合器的优化和实验

在785 nm激励的拉曼片上传感器结构中，氮化硅片上光栅耦合器的性能直接关系到激励光的耦合效果。首先建立了光栅耦合器的二维、三维结构模型，采用时域有限差分（FDTD）仿真软件对光栅耦合器进行数值分析。以耦合效率为主要性能指标，分析了光源入射角度、光栅常数、光栅高度、填充因子和光栅刻蚀深度各参数的影响。采用电子束光刻法制备了光栅耦合器。最后，对三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器进行了测试。结果表明，二维波导光栅耦合器的性能最好，其耦合效率可达39.64%，三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器在实际测试中的耦合效率能达19.91%。光栅耦合器能有效将光耦合进波导中，在波导传感中具有潜在的应用。     

SOI大截面单模脊形X型分支波导的研制

报道了硅片直接键合（ＳＤＢ）ＳＯＩ大截面单模脊形互型分支波导的研制．对于波长为１．３μｍ的光，在θ＝２°小分支角时，这种分支波导的通道串音小于－２０ｄＢ，辐射损耗小于０．３ｄＢ．直通传输损耗小于０．８５ｄＢ／ｃｍ．     

全硅矩形截面脊形波导的研制及其损耗分析

运用有效折射率法和微分法分别对全硅矩形截面脊形波导的模式特性和模吸收损耗系数作了分析，通过乙二胺－邻苯二酚水溶液（ＥＰＷ）各向异性腐蚀的方法，研制成了矩形截面脊形全硅光波导，并对其损耗特性进行了研究和讨论。     

GeSi合金1×4Y级联分束器的有限差分束传播法模拟设计

进一步研究二个问题：（１）理论模拟的方法由快速傅里叶束传播法（ＦＦＴ－ＢＰＭ）改为有限差分束传播法（ＦＤ－ＢＰＭ），并比较了两者的优缺点。（２）模拟设计了对象提高为由ＧｅＳｉ合金单模脊形光波导组成的Ｙ级联１×４光分束器。结果表明，有限差分束传播法比快速傅里叶束传播法及显形有限差分束传播法（ＥＦＤ－ＢＰＭ），除了数学比较容易外，计算速度也快一些。尤其是对传播步长Δｚ的敏感性，有限差分束传播法远没有快速傅里叶束传播法那样严重，便利了束传播法方法的采用。正如束传播法成功地应用于ＧｅＳｉ合金光波导及Ｙ分支器的理论设计，现在用了１×４Ｙ级联分束器同样得到预想的结果。光束在分束器中传播逐步分成二束再分为四束。符合设计要求。     

利用多模干涉效应集成0.98μm/1.55μm波分复用器及掺铒光信号放大器

波分复用器（ＷＤＭ）作为光纤通信中一种重要的元器件，能够在不改变原有通信线路的条件下，有效地增加光纤通信的容量。传统的波分复用器主要基于色散原理，分光比不能准确控制，信号间串音大；而基于平面波导中多模干涉效应研制的波分复用器，具有体积小，损耗低（＜０５ｄＢ），不受光偏振态的影响，易集成等优点；在很宽的工作波长范围内，受环境变化影响小，适合现代通信器件集成化的发展。利用多模干涉效应（ＭＭＩ）集成的０９８μｍ／１５５μｍ波分复用器，波导长度仅几个毫米，分光比例准确，隔离度可达３０－４０ｄＢ，波形失真小，它不仅可用于１５５μｍ光纤激光器和ＥＤＦＡ的集成，也可用于实现１×Ｎ和Ｎ×Ｎ分光，在光纤通信中有广泛的应用前景。     

一种温度不敏感型阵列波导光栅的研究

研究了的一种新型温度不敏感型阵列波导光栅(AWG)。该新型温度不敏感型阵列波导光栅的波导采用混合材料的波导结构，该混合材料波导通过在石英波导芯层上旋涂聚合物材料的上包层，达到改变波导温度特性的目的，使得阵列波导光栅的温度敏感性降低。通过理论分析和有限差分方法研究了其中两种结构：三层混合材料波导构成的阵列波导光栅和四层混合材料波导构成的阵列波导光栅，计算了该新型温度不敏感型阵列波导光栅的温度特性。结果表明，在一定的设计下，温度变化0～50℃时，这两种温度不敏感型阵列波导光栅的最大波长漂移量小于0．03nm，不到无温度控制时常规阵列波导光栅最大波长漂移量的4％。     

SOI及GeSi/Si脊形光波导的模式与波导几何结构

用有效折射率方法对SOI（绝缘体上硅）及GeSi/Si脊形光波导的单模条件进行了模拟,与Soref的单模条件进行了比较,将两者与实验结果进行了比较,得到了与实验结果符合得非常好的单模条件。同时对多模波导进行了模拟,得到了波导承载一阶和二阶模的条件。     

Ti：LiNbO3二维渐变折射率光波导传播常数的计算

从Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ３波导截面折射率分布的特点出发，得出一套计算传播常数简单而精确的方法，文中对该法进行了分析，并应用该方法计算了钛扩散波导的色散关系，该方法为钛扩散光波导集成光学器件的设计提供了一种较可靠的理论手段。     

基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗，设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD-BPM)进行了模拟分析，发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关，并给出了条件表达式及其详细说明。     

弯曲波导研究进展及其应用

本文主要分析了弯曲波导损耗机理,包括传输损耗、辐射损耗、模式转换损耗。重点综述了设计低损耗弯曲波导的方法,包括波导材料、弯曲波导的曲线形状、波导种类、脊型波导的宽度、脊高、弯曲半径、模场分布、弯曲波导曲线形状和其他新型波导结构等。简要概括了近年来设计和制备低损耗弯曲波导的代表性工作。介绍了弯曲波导在集成光学中的应用。通过对弯曲波导的损耗及耦合机制理论的不断完善,实现光在较小弯曲半径的低损耗传输,从而提高集成光学的集成度是弯曲波导今后的发展趋势。     

Finite element analysis of optically controlled non-linear directional coupler switches

Optically controlled two-way optical switches are useful for high-speed photonic switches and rapidly reconfigurable optical interconnection networks. A directional coupler forms such a switch because the field can be switched from one waveguide to the other by altering the optical length of the waveguide. Nonlinear materials are incorporated in the waveguide so that the optical path length may be altered by using an optical control beam to vary the intensity of light. A finite element method is described that enables the modelling of the non-linear dual waveguide structure for arbitrary waveguide shapes. Spurious modes are avoided in the transverse magnetic field method and non-linearity is handled by iteration and assuming an equivalent non-linear relative permittivity.     

Single mode lasers based on monolithic integration of ridge waveguides with 2D photonic crystal waveguides

The monolithic combination of active light sources with photonic crystal (PC) waveguide components is a key building block for future highly integrated photonic circuits. We demonstrate the coupling of light from an InGaAs/AlGaAs ridge waveguide laser to a monolithically integrated 2D PC waveguide. The PC guide is formed by removing three or five rows in a triangular lattice of air rods etched into the semiconductor. A tapered ridge waveguide geometry is demonstrated to improve coupling efficiency, so that maximum output powers of up to 10 mW from the PC waveguide are achieved. The resulting coupled cavity laser shows single mode emission with side mode suppression ratios > 35 dB over a broad range of injection currents.     

波导短程透镜的实验研究

波导透镜是集成光路〔IO〕中的最基本元件,它在IO中的作用类似体光学光路中的透镜.IO光信号处理系统如集成光学声光频谱分析器、导波声光卷积器、相关器、调频脉冲压缩器和矩阵乘法器等.系统中都需要用波导透镜.波导短程透镜较其它形式的波导透镜具有孔径大、旋转对称、无色差和插入损耗小的特点,所以特别引人注意.     

自由载流子吸收损耗控制研究

利用数值方法研究了SOI脊形光波导损耗问题,重点讨论了PIN结构对自由载流子损耗控制的影响情况。研究表明SOI脊形波导在引入PIN结构后,偏置电压、入射光强和本征区宽度是影响自由载流子吸收损耗的主要因素,通过调整PIN结所加偏置电压、入射光强和本征区宽度,可以实现对脊形波导自由载流子吸收损耗的控制。计算结果可为硅基光调制器和拉曼激光器的设计制备提供一定的参考依据。     

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。     

扩展多模波导全内反射型Y分叉开关的分析

利用全内反射和波导理论，分析了多模波导反射区全内反射(Total Internal Reflection，TIR)型光开关的物理模型和降低串音和损耗的原因，给出改进Y分叉全内反射型光开关特征的近似计算方法。数值模拟表明，扩展多模波导的Y分叉全内反射开关的串音和损耗可分别下降15．5dB和0．65dB以上。     

High-performance unidirectional electrooptic modulator based on polymeric highly multi-mode waveguides

A unidirectional electrooptic modulator based on an asymmetrical highly multi-mode waveguide coupler is proposed. Firstly, the energy distributions of all the modes within two highly multi-mode waveguides are analyzed with eigenstate theory. Then, to achieve high switching performance in a guided-wave coupler, a dumping wall is placed on the larger waveguide of an asymmetric pair of waveguides, so that the larger waveguide has a dumping effect. This dumping effect makes the asymmetric highly multi-mode waveguide coupler possess a highly efficient unidirectional coupling process. Due to the large cross-section of the waveguide, a new modulation electrode structure is built. Based on this dumping effect, the unidirectional coupling process is theoretically modeled. Furthermore, in both scenarios, i.e., the unmodulated state and the electrooptically modulated state, the unidirectional coupling efficiencies are studied. As a result, not only can a high unidirectional coupling efficiency of 100% be achieved, but a high electrooptic modulation depth more than 90% can also be implemented in theory, and a high thermooptic modulation depth more than 90% under a low modulation voltage of 30 volts is also experimentally achieved. This device can be used for multi-mode optical interconnection systems such as data communication and fiber sensor networks.     

梯形截面介质光波导的模吸收损耗

本文运用微分法由梯形截面介质光波导的近似模方程导出了模吸收损耗系数的公式.并结合计算实例进行了误差分析.