掩埋型离子交换玻璃光波导的变分分析

用变分法对离子交换法制备的掺铒光波导的传播特性进行了分析,推导出了适用于掩埋型离子交换玻璃沟道光波导中场分布传播常量的变分表达式,构建了场分布的厄米-高斯型试探解,在两种不同实验条件下,采用变分法确定了试探解中的待定参量,获得光波导中的场分布,利用传播常量的变分公式和已确定的场分布计算得到了传播常量和有效折射率。计算数据表明:导波区域的有效折射率稍稍地大于限制层的折射率,说明离子交换法制备的波导器件是弱波导;高的辅助退火电场强度和适当的退火时间下,所制备的光波导可以支持更多光模式的传输。该方法计算过程简洁、快速,计算结果与实验结果吻合。     

非线性光波导中基波和二次谐波的模场分布研究

非线性波导是一种重要的光量子器件。采用马卡梯里近似,可以近似描述波导的模场分布特征。针对ee-e准相位匹配的周期极化铌酸锂波导,分析波长为1 064 nm的基波和532 nm的二次谐波的基模模场分布。结果表明:如果波导为嵌入型正方形波导,基波和二次谐波的光斑基本为圆形,基波场分布范围较大;在截面正方形边长为5 μm并且芯区比包层折射率略高0.02时,波导就能将两种光波场基本约束在芯区中,但是这种波导边长为0.5 μm时约束能力就变得很差;如果采用芯区与包层折射率差别较大的波导,芯区边长为0.5 μm就可以将两种场分布基本约束在芯区中。结果对分析其他类型的非线性波导的模场分布具有指导意义。     

用科尔-霍普夫变换法求非均匀光波导导模本征方程的严格解

采用科尔-霍普夫(Cole-Hopf)变换法，将渐变折射率波导导模的本征值方程变换为里卡提(Riccati)方程，通过较简洁的数学演算导出导模的传播常量与模场分布的解析解，给出了平方律分布、对称爱泼斯坦(Epstein)分布、爱泼斯坦层的平板波导与平方律分布圆光纤4种折射率分布的计算公式。     

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。     

包含左手材料的四层平板波导中的光导模

研究一个芯子层是左手材料,其他三层由传统材料构成的四层平板光波导系统,利用图解法对各种TE偏振的导波模式的解进行详细分析.研究表明,四层左手材料光波导既能支持振荡导模,也能支持表面导模,与三层左手材料光波导相比较,此四层波导的导波模式呈现一些新的特性.对于中间传统材料层存在振荡场的情形:芯子层支持振荡导模的光波导中存在基模,并且高阶振荡导模出现模式缺失的性质;芯子层支持表面导模的光波导可以支持基模和多个高阶模式,并且存在模式兼并的性质.对于中间传统材料层存在衰减场的情形,此四层波导结构可等效为三层左手材料光波导.这些新的光波导传输性质对各种光波导器件的制作有潜在的应用价值.     

压电晶体-液体-固体声波导中叉指换能器对导波的激发研究

本文对压电晶体－液体－各向同性固体结构的声波导中叉指换能器所激发的导波进行了理论研究和数值分析,给出了导波的相速度、叉指换能器激发导波的机电耦合系数与液体层归一化厚度、晶体取向之间的关系曲线,同时,还探讨了声波导中的位移场和电势场分布。     

改善多层电光聚合物调制器直流弛豫的一种简单方法的分析与模拟

电场分布和直流漂移对多层电光聚合物调制器的器件稳定性和极化效率有着重要的影响.本文由电磁场理论建立出等效电路模型,分析结果表明多层聚合物调制器的稳态直流场分布取决于材料的电特性;材料的弛豫时间常数τ(τ=∈/σ₂,其中σ是电导率,∈是介电常数)是最大程度上消除直流场弛豫的关键.当外加直流电压时,波导层的场分布由初态到稳态指数变化,这一过程由波导层和覆盖层的弛豫时间差决定.当两者相差为零时,弛豫消失.但在实际工艺中很难作到这一点,为此,本文经过分析、模拟,提出一种简单的“自抑制”机制,能够很好地改善多层电光聚合物调制器设计中的直流漂移问题.     

光波导振荡场传感器

针对消逝场传感器的不足,提出了一种传感介质处于波导芯层,且以超高阶导模为探针的光波导振荡场传感器.由于其波导芯层处于功率密度极高的振荡场区域,而超高阶导模又具有对芯层参数极为灵敏的性质,因此这种新型传感器的灵敏度大大增强.实现了超越消逝场传感器灵敏度极限值几个量级的位移传感器.     

新型金属-多层绝缘介质-金属表面等离子波导结构的传输特性

设计了一种新型金属-多层绝缘介质-金属表面等离子波导结构,利用时域有限差分法对其传输特性进行数值分析。研究了有效折射率和传播长度与中间多层绝缘介质厚度之间的关系,并分析了金属层的角度对该波导结构中场分布的影响。结果表明:当光波从波导结构上方垂直入射时,电磁场被限制在多层介质中的高折射率区,实现了场的耦合传输。多层绝缘介质的厚度均为220 nm时,正六边形金属层结构对应的波导结构的传输性能较为理想。该结构能够实现亚波长尺度的光限制,可以应用于光电子集成和传感器领域。     

(Al)GaAs/AlGaAs周期光波导中的等幅基模

本文应用周期介质光波导的模场分布函数和特征方程分析了(Al)GaAs/AlGaAs周期光波导中结构参量及介质折射率对模场分布形状的影响,研究了波导中形成等幅基模的条件,讨论了相应参量的优化选择。     

波导型钯(Pd)膜氢传感器数值模拟及优化

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膜光学常数的关系, 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.     

带有增益介质层的混合脊状等离子体波导的传输特性

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导,其结构中的介质层部分包含两个区域:前区为单一介质,后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性,得到了TM模下的电场分布图,并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明,在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。     

带有多孔二氧化硅间隔层的导模共振光栅实现染料激光器发射增强

导模共振光栅是一种典型的平面波导共振结构,可在光栅表面或波导层内形成较强的局域电场,能增强光与物质的相互作用.本文在导模共振结构的光栅层和基底层之间,引入低折射率的多孔二氧化硅间隔层,显著增强了局域电场与增益介质的接触度.结果表明,引入多孔二氧化硅后,共振产生的电场增强区域上移至激光染料层,增加了激光染料与电场的相互作用,实现了激光出射增强.本文基于时域有限差分法,对结构参数进行分析优化,研究了820 nm共振波长激发下的出射激光特性,得到了连续的激光出射,其能量阈值约为2.5 mJ/cm^2,线宽约为0.3 nm.本文提出的结构实现了对表面局域电场的有效调控,增强了激发光与增益介质的相互作用,不但可应用于激光器,还为其它发光器件的设计提供了参考.     

Enhancing performance of GaN-based LDs by using GaN/InGaN asymmetric lower waveguide layers

The effects of GaN/InGaN asymmetric lower waveguide (LWG) layers on photoelectrical properties of InGaN multiple quantum well laser diodes (LDs) with an emission wavelength of around 416 nm are theoretically investigated by tuning the thickness and the indium content of InGaN insertion layer (InGaN-IL) between the GaN lower waveguide layer and the quantum wells, which is achieved with the Crosslight Device Simulation Software (PIC3D, Crosslight Software Inc.). The optimal thickness and the indium content of the InGaN-IL in lower waveguide layers are found to be 300 nm and 4%, respectively. The thickness of InGaN-IL predominantly affects the output power and the optical field distribution in comparison with the indium content, and the highest output power is achieved to be 1.25 times that of the reference structure (symmetric GaN waveguide), which is attributed to the reduced optical absorption loss as well as the concentrated optical field nearby quantum wells. Furthermore, when the thickness and indium content of InGaN-IL both reach a higher level, the performance of asymmetric quantum wells LDs will be weakened rapidly due to the obvious decrease of optical confinement factor (OCF) related to the concentrated optical field in the lower waveguide.     

Forward and backward wave propagation in multilayer planar waveguide using metamaterials layer

In this study, an efficient method is discussed to analyze the multilayer planar waveguides with double negative guided (DNG) and double positive material as guiding film. Here, among various lossless multilayer planar waveguide structures, only three layer and five layer structures are discussed. For these structures, guided dispersion characteristic, along with electric field distribution of TM modes are numerically analyzed and compared. This analysis enables an effective comparison of guided modal properties of various modes and results in a better understanding of the multilayer planar waveguide with DNG as guiding film.     

Enhancement of the evanescent field using polymer waveguides fabricated by deep UV exposure on mesoporous silicon

Polymer integrated reverse symmetry waveguides on porous silicon substrate fabricated by using deep ultraviolet radiation in poly(methyl methacrylate) are presented. The layer sequence and geometry of the waveguide enable an evanescent field extending more than 3 microm into the upper waveguide or analyte layer, enabling various integrated optical devices where large evanescent fields are required. The presented fabrication technique enables the generation of defined regions where the evanescent field is larger than in the rest of the waveguide. This technology can improve the performance of evanescent-wave-based waveguide devices.     

Non-linear waves in a multilayer waveguide: application to SiO x N y with organic overlayer

The field distribution and propagation constant are solved for a multilayer waveguide structure including a non-linear layer. Jacobian elliptic functions are found suitable as the non-linear solutions, because they lead to a numerical solution for a large variety of parameters, covering the range of non-linearity from zero to about the largest values found in any material. SiO _x N _y was chosen for the waveguide material and the organic conjugated polymers and liquid crystal MBBA for the overlayer. The effect of various waveguide parameters is studied and the potential applications are discussed.