阵列波导光栅设计原及优化

本文从波导光学和衍射光学理论出发，推导出阵列波导光栅（Arrayed-Waveguide Gratings）型波分复用器的重要结构参量；针对其性能参量，提出了一些优化设计方法。     

650 nm聚合物阵列波导光栅波分复用器设计

选择在可见光波段具有较低吸收损耗的聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯 共聚物作为波导包层材料,使用双酚A型环氧树脂作为折射率调节剂,根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸;然后,采用束传播法优化设计出16信道阵列波导光栅(AWG)器件的版图结构。利用Optiwave软件模拟了AWG器件的光传输特性,结果显示,器件的信道间隔为0.845 01 nm,插入损耗小于14 dB,串扰小于-25 dB。     

聚合物阵列波导光栅波分复用器中波导的弯曲损耗

本文对聚合物阵列波导光栅(AWG)波分复用器中波导的弯曲损耗进行了理论分析。为了使AWG器件中单模传输时波导的弯曲损耗尽量地减小，结合计算实例对波导的弯曲半径、弯曲角度和弯曲弧长等几何参量的选择进行了适当的讨论。     

基于绝缘体上的硅材料的全内反射型阵列波导光栅器件的设计

设计了一种基于绝缘体上的硅材料的全内反射型阵列波导光栅解复用器年。将一全内反射波导镜引入原弯曲的波导列阵中，该波导镜具有偏振补偿的功能和缩小器件尺寸的特点。在器年数值模拟的基础上，制作了原理性器件，并获得了初步的实验结果。     

16×0.8nmSi基SiO2阵列波导光栅设计、制备及测试

叙述了一个完整的16通道硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的设计、制备及测试过程。通道间隔为0.8nm(100GHz),解复用器的插入损耗为16.8dB,其中材料损耗为11.95dB,相邻通道串扰小于-17dB,通道插损非均匀性小于2.2dB。     

单侧耦合16通道100GHz硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

介绍了一种新型单侧耦合16通道、100GHz通道间隔的硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)。通过增加一个Y分支波导结构,将AWG的输入、输出波导等间距整齐排列,仅用一个光纤阵列(FA)就可以对AWG器件进行耦合封装。这种AWG的结构设计可有效地减小器件尺寸和增加波导结构的弯曲半径,可减少器件的抛光和耦合时间,可降低器件的成本。     

阵列波导光栅复用/解复用器焦场的数值分析

本文利用标量波动衍射理论分析了AWG系统焦场分布,数值计算了阵列波导光栅系统的焦场分布,此方法简便,对器件的优化设计有一定的指导意义.     

16×0.8nm硅基二氧化硅阵列波导光栅设计

给出了更为合理的阵列波导光栅(AWG)的设计原则。在设计时兼顾了输出谱的非均匀性Lu和输出通道数N的要求,克服了设计中可能引起通道数N丢失和不考虑输出谱非均匀性Lu的缺点。用该方法设计了折射率差为0 75%和16×0 8nm的硅基二氧化硅AWG。采用广角有限差分束传播方法(FD BPM)对所设计的AWG进行了输出谱的模拟,得到了插损为 1.5dB、串扰为 48dB、通道非均匀性约为1dB的AWG,设计指标达到了商用要求。     

阵列波导光栅解复用器的标量传输理论及其简化模型

以波导本征模式场作输入光场,阐述了AWG中实际光场的传输数学模型,对输入场作高斯近似,阐述了光场传输的简化模型.通过简化模型与实际情况的比较,肯定了高斯近似简化模型在一定情况下的合理性.对于给定串扰要求,利用高斯近似模型可以决定最外层阵列波导坐标与衍射场光束束腰的比值,对实际器件设计来说有一定意义,但高斯简化模型在一定情况会引入较大误差,精确定量模拟AWG应采用实际光场标量传输模型.     

阵列波导光栅解复用器输入/输出波导结构串扰的数值分析

本论文采用Marcatili方法分析矩形波导的模场特性,在此基础上计算了AWG波分复用/解复用器串扰与输入/输出波导间隙参数(dr/w),波导结构参数V的变化关系.计算了串扰值一定时,选取V参数与dr/w的关系曲线.分析了在不同折射率差波导中,串扰与偏振的相关性,为器件的整体优化设计提供了参考数据.     

Superprism Behaviour of an Array of Photonic Crystal Waveguides

The behaviour of an array of photonic crystal waveguides is numerically investigated. It is shown that high dispersion may be achieved in the telecommunication window around 1550 nm, with a device whose dimensions are in the order of half a mm².     

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％。     

利用鞍点近似法计算串音对阵列波导光栅复用器性能的影响

基于光的波动性,考虑信号和串音偏振态,改进了鞍点近似法的数学模型,计算了阵列波导光栅复用器的误码率和功率代价,并与高斯近似法和实验结果进行了比较,显示出较高的计算精度。     

高斯光束计算平板波导自由传输区远场分布及其修正

对近轴近似条件下求解亥姆霍兹方程得到的高斯光束显式传播公式做了分析，同时，基于基尔霍夫衍射理论，在菲涅耳近似的条件下给出了相应的高斯光束在远场的传播公式，在此基础上，对近轴近似条件做出了定量分析，给出了这个近似条件引入的误差，提出了一种计算高斯光束远场分布的修正方法，并采用有限差分-光束传播方法(FD-BPM)来检验各种方法的准确性。把这种修正方法应用到平面光集成波导器件，如阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)等器件的设计和模拟中，可以大大降低工作的复杂性，同时可以得到精确的结果。     

光栅周期包含的Bragg层数对Bragg型凹面衍射光栅的影响

单个衍射光栅周期所包含的Bragg周期层数是连续Bragg齿型凹面衍射光栅的主要参数之一,该参数可改变光栅齿结构,对凹面衍射光栅的分辨力.自由光谱范围及衍射效率有重要影响.本文通过理论分析与仿真模拟,对比了4种不同层数的Bragg型凹面衍射光栅的特性参数.研究结果表明:在衍射光栅尺寸不变的情况下,改变单个光栅周期包含的Bragg周期层数不会显著提高器件主衍射级次的分辨力;单个光栅周期包含的Bragg周期层数与光栅可衍射的级次数成正相关.单周期层数的Bragg凹面衍射光栅的主衍射级次效率最高,其可衍射的级次数最少,且其他衍射级次分散的能量最少;增加单个光栅周期所包含的Bragg周期层数会降低主衍射级次的自由光谱范围.该研究对于设计低插损、高分辨率、宽工作波段的波分复用器或光栅光谱仪具有重要的指导意义.     

大角度蚀刻衍射光栅的模拟

研究了平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的蚀刻衍射光栅(EDG).小角度范围光栅的模拟通常采用高斯近似的输入光场,由于近轴的高斯光场接近实际光场,所以模拟结果很准确.但这种方法应用于大角度范围的光栅则有偏差.本文提出了大角度蚀刻衍射光栅的模拟方法,分析了这种偏差并给出了模拟结果.事实上这种方法也适合于实际任意输入光场的模拟.     

蚀刻衍射光栅波分复用器件的设计与模拟

近年来光通信飞速发展,波分复用技术(WDM)是满足要求的有效手段.密集波分复用技术已经得到成功商用,其扩展信息传输容量的能力也在不断增强.作为波分复用中最关键的器件,蚀刻衍射光栅(EDG)是平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的一种.本文分析了EDG器件的解复用原理,参量设计,工艺过程.文章最后,建立了一个光栅干涉的简单模型,对设计好的器件参量进行模场形状、谱响应、色散等光栅性能的模拟,得到基本的器件解复用特性,并加以分析.     

Ultra-Compact Planar Grating Multiplexers Using Silicon Platforms

Abstract

Compact planar grating demultiplexers are designed and fabricated using silicon wafers. The demultiplexers have a much more compact size compared to conventional silica-based devices. The dimension of the devices is around half a millimeter. Demultiplexers with both echelle and total internal reflection facets are characterized. The loss of demultiplexers using total internal reflection facets will be 3–5 dB lower than that using echelle facets. It is shown that sidewall roughness of grating facets results in most of the loss for fabricated samples. The noise floor of amorphous silicon-based grating demultiplexers is relatively high for practical applications. Appropriate annealing can be used to reduce the noise floor.     

一种长周期光纤光栅边沿滤波线性解调新方法

光纤光栅作为一种新型的传感器件,有着巨大的应用价值。利用长周期光纤光栅的滤波特性,提出了一种可应用于光纤光栅传感解调的新方法。即利用长周期光纤光栅作为边沿滤波器的基本器件,可完成一路或者多路光纤光栅的传感波长解调。该解调方案基于光强度测量,适用于动态和静态测量。而且由于采用全光结构设计,无须机械部件调谐,因此,可大大提高解调速度。具有系统反映迅速,性能价格比高等优点。经实验,实现了在5nm范围内的波长线性解调。测量波长分辨极限为0．002nm,解调速度数十kHz。