基于有机聚合物的M-Z波导设计

M-Z光波导是有机聚合物电光调制器的重要结构单元.将有效折射率法与二维差分束传播法相结合,利用有效折射率法计算了聚合物脊形波导的横向折射率分布及有效折射率.由Maxwell方程出发,结合辐射透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的计算格式.通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损...     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

聚合物电光调制器中马赫-曾德尔波导的算子展开法分析

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,将三维光传播问题简化为二维问题;从导模满足的标量波动方程出发,采用慢变包络和傍轴近似,得出传播光场满足的单步传输约束关系;运用微分算子的级数展开得到相应的递归公式,考虑微分算子的差分近似得出基本的计算格式;运用对称矩阵的相似变换对算子展开法进行加速处理。在此基础上,对马赫-曾德尔(M-Z)型光波导中TM模的传播特性进行理论分析,研究了脊宽、分支角等结构参数对插入损耗的影响。研究表明,算子展开束传播法可以较好地解决聚合物脊形M-Z波导的理论分析和设计问题。该方法精度高、计算量小,为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

InGaAs/InAlAs多量子阱脊形波导及定向耦合器光波特性准矢量分析

提出了一种基于级数展开的三维准矢量束传播法(SE-QV-BPM)用以分析由InGaAs/InAlAs多量子阱构成的脊形光波导及定向耦合器.结果表明，刻蚀深度相同时，TM模比TE模在水平方向限制强，且TM模的模场在波导角上出现畸变；波导间距相同时，定向耦合器TM波的耦合长度大于TE波的耦合长度，对偏振态敏感.分析获得了浅/深刻脊形光波导承载的准矢量TE/TM基模、定向耦合器承载的TE/TM偶/奇模的模场分布及其有效折射率，模拟了光场在定向耦合器中的传输演变情况.另外，SE-QV-BPM导出矩阵小，计算效率高 关键词： 级数展开 准矢量束传播法 多量子阱 InGaAs/InAlAs     

二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

一种新型的光子晶体偏振光分束器的设计

基于光波在直波导和复合结构光子晶体中的传播特性,结合平面波展开法和时域有限差分法,提出并讨论了一种新型的超紧凑的光子晶体偏振光分束器. 它是由输入波导,分束结构和输出波导三部分组成. 对这种结构的三角晶格光子晶体光分束器的数值计算与模拟结果表明,该结构可以实现TE模和TM模的高效大角度分离,并且在通信波段设计尺寸小,这些特性使其在未来的集成光回路中有着重要的应用前景. 关键词： 偏振光分束器 能带结构 平面波展开法 时域有限差分法     

光电子技术与器件 光学传感、传感器

TP212．1 2005053728 波导型钯(Pd)膜氢传感器数值模拟及优化=Simulation and optimal design for a Pd-coated hydrogen sensor based on integrated optical waveguide[刊,中]／胡建东(浙江大学 光及电磁波研究中心,现代光学仪器国家重点实验室．浙 江,杭州(310027)),文泓桥…∥光子学报．-2005,34 (2)．-237-240 基于离子交换波导的集成型器件是氢敏传感器中很 有发展潜力的一种。传感区域由离子交换波导及其表面 的金属钯膜组成,通过有限差分法(FDM)计算了这种波导 结构中的导模及表面等离子模的模场分布,分析了其传播 特性与钯模光学常数的关系,并结合束传播方法(BPM)对 钯膜的厚度进行了优化,使其具有最高的灵敏度。图6参 16(王淑平)     

新型高效偏振光分束器的设计

研究及分析了光波在分束结构中的传播行为和特性,发现当增大波导邻近两侧空气孔半径时,能形成完全光子禁带范围内某一频率光波单一偏振态的传播,基于此原理提出了一种全新结构的偏振光分束器,计算与模拟结构表明,该结构可以实现TE模与TM模高效大角度分离. 器件尺寸不超过17.6 μm×9.8 μm,在集成光回路中无疑有着很大的应用潜力. 关键词： 光子晶体 偏振光分束器 时域有限差分法 平面波展开法     

聚合物波导M-Z调制器TM模的泰勒级数展开法研究

根据聚合物脊型波导的结构特点,利用有效折射率法求出其横向折射率分布,将三维传播转化为二维传播,并从标量波动方程出发,在傍轴近似的情况下,采用Crank-Nicholson差分格式,得到了泰勒级数展开法基本计算格式,并对算法进行了适当优化;通过对Mach-Zehnder光波导TM模的模拟,分析了各种参数对损耗的影响。结果表明：泰勒级数展开法具有精度高、稳定性好、算法简单、易于编程等优点,是一种比较理想的光波导数值分析方法,可为聚合物电光调制器的设计制作提供理论参考。     

c-切LiNbO_3扩散波导TM模的本征值方程

本文利用射线光学方法,推得C-切LiNbO_3扩散波导TM模的本征值方程和截止方程.对于折射率为指数和高斯分布的扩散波导,利用这些方程制出若干低阶模的有效折射率与扩散深度、截止扩散深度与波导表面折射率增量的关系曲线,可供波导测量和制备使用.     

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。     

Optical surface modes of photonic crystals for dual-polarization waveguide

In this study, the design of a polarization-independent (dual-polarization) waveguide is presented by utilizing surface modes of photonic crystals. The waveguide structure operates in a frequency interval that is commonly shared by both transverse-electric (TE) and transverse-magnetic (TM) polarizations. The numerical calculations based on plane wave expansion and finite-difference time-domain methods are carried out to design and demonstrate a surface mode waveguide that provides confinement and guiding for both TE and TM modes. Once the relevant modes are properly excited, the high transmission efficiency of the photonic crystal surface waveguide is ensured. The demand to have polarization-insensitive devices makes our proposed design an important component for the photonic integrated circuit applications. Finally, we also propose a broadband surface mode photonic crystal waveguide with a bandwidth value of 28% for only TE polarization.     

Analyze and calculation of coupling coefficient based on evanescence field for plasmonic directional coupler structure

We obtain the calculation of coupling coefficient of plasmonic directional coupler made up of two monolayer waveguides separated in the range of 200 nm for TM mode and we assume each waveguides acts as a perturbation to other waveguide but does not affect the waveguide mode. We simulation the transfer distance respect to normalized frequency in two directions, x and z, values transfer distance a limitation of a bandwidth is suitable for designing of integrated optical circuits and construction of couplers and switches.     

半导体激光器圆波导的低耦合损耗机制分析

设计了一种具有圆对称波导的半导体激光器,利用有限差分-光束传播法(FD-BPM)研究了半导体激光器圆波导的远场图象(FFP)与波导参量的关系,并分析了光纤与半导体激光器低损耗耦合机制.     

Waveguide mode converter based on two-dimensional photonic crystals

We propose and numerically analyze a novel mode converter based on two-dimensional photonic crystal waveguides with square arrays of cylindrical dielectric rods in air. The mode converter uses small perturbation defects to decouple various modes in the multimode waveguide, thereby permitting propagation of only one mode at any given frequency, which permits one-to-one mode conversion without exciting unwanted modes. The mode converter can efficiently convert a TM0 mode supported in a single-mode photonic crystal waveguide into a TM2 mode supported in the multimode waveguide that is laterally coupled to the single-mode waveguide section for a wide wavelength range. Influences of different sizes and positions of perturbation rods on the band structure of the multimode waveguide are studied.     

圆波导TM_(01)-TE_(11)模式变换器

提出了一种在圆波导中添加金属分割片及半边金属管壳的结构以实现圆波导TM01-TE11模式转换。通过金属分割片将圆波导分成两个半圆区域:其中一个半圆区域为空波导,另一半圆区域为填充一定厚度金属管壳的空波导。在S波段对设计的中心频率为2.8GHz的物理模型进行数值模拟与实验研究,模拟结果表明:在中心频率2.8GHz转换效率为99.56%,反射率低于0.01;在2.716～2.946GHz频带内转换效率大于90%,S11小于-10dB。实验中测试到的S11参数与模拟结果基本一致,证明了该变换器技术方案的可行性和模拟结果的正确性。     

一种非矩形截面对浅刻蚀SOI脊形波导侧向泄漏损耗的影响

为了进一步探索用绝缘体上晶体硅制作的浅刻蚀脊形波导侧向泄漏损耗的规律,提出并研究了一种非矩形截面浅刻蚀绝缘体上晶体硅脊形波导.用光的干涉理论建立该波导的周期性损耗模型并推导出损耗周期公式,然后通过完美匹配层边界条件下的频域有限元法仿真观察该特殊波导类TM0模的侧向泄漏损耗周期的变化与最大损耗点的偏移现象.周期大小的仿真结果与理论计算符合度较高,其平均相对误差仅0.56%.此外,发现该类波导在某些沟槽宽度下可以通过改变截面来实现对类TM0模损耗从最大到最小的调节,而在另外一些沟槽宽度下,类TM0模损耗对截面变化不敏感.研究结果可以简化波导加工并提高制作容差,为该类型波导的设计与制作提供参考.     

The Design of Single Mode Large Cross-section Glass-based Waveguides for Photonic Integrated Circuits

This paper presents our recent simulation results and novel designs of single mode large cross-section glass-based waveguides for photonic integrated circuits (PICs). Simulations were performed using an in-house Finite Difference (FD) based mode solver and the FD Beam propagation Method (FD-BPM). Our simulation results show that this innovative technology could provide a simplified means to couple optical energy efficiently between optical components in a single chip. This would provide the base for the future large-scale integration of optical components in PICs. The novel idea of using single mode large cross-section glass-based waveguides as an optical integration platform is an evolutionary innovative solution for the monolithic integration of optical components, in which the glass-based structures act both as waveguides and as an optical bench for integration. This allows easy and efficient optical coupling between optical components and optical fibres, removing costly and tedious alignment problems and considerably reducing optical coupling losses in PICs. We expect that the glass-based waveguide PICs technology will enable the emergence of a new generation of compact, reliable, high speed, and multifunctional devices.     

Polarization-independent grating couplers for silicon-on-insulator nanophotonic waveguides

We propose the use of subwavelength structures in a waveguide grating to achieve polarization-independent coupling of light between an optical fiber and a silicon-on-insulator (SOI) optical waveguide. The subwavelength structure allows the mode effective indices of the TE and TM modes in the grating section to be precisely engineered. We calculate that coupling efficiency of over 64% is possible using the proposed design for polarization-independent coupling between single-mode optical fibers and SOI nanophotonic waveguides.