亚波长金属波导的光传播和干涉特性研究

利用时域有限差分方法研究了亚波长金属波导TE波的传播特性和基于异常透射现象的干涉特性.对各种参量对驻波特性的影响及两列波导间的耦合特性进行了分析.研究发现,TE波在波导中传播时存在截止宽度,如果波导宽度小于截止宽度,TE波在波导中不能传播;如果波导宽度大于截止宽度,TE波的传播距离将随波导宽度变大而突然增加.当波导宽度达到或大于半波长时,TE波可以在波导中正常传播.金属波导的截止宽度与金属的吸收系数成正比.此外,由于光在亚波长金属波导透射时的异常透射现象,在亚波长金属波导中产生了TE波的干涉现象,能形成驻波.     

金属薄膜亚波长近场成像特性研究

采用基于等离子体物理模型的时域有限差分方法模拟了金属薄膜近场成像特性;采用薄膜传输矩阵方法计算了金属薄膜对倏逝波分量的放大作用.实现了周期为1μm的Cr光栅的成像实验,验证了平板金属薄膜的模拟成像特性. 关键词： 时域有限差分 金属薄膜 近场亚波长成像 传输矩阵方法     

亚波长衍射微透镜的设计

设计了连续浮雕衍射微透镜和与其等效的二元亚波长衍射微透镜,采用旋转体时域有限差分法对通过计算机辅助设计出的元件进行了严格的矢量分析,给出了各元件在焦平面的场强分布.分析结果表明,本文设计的二元亚波长微透镜对连续浮雕微透镜有很好的等效效果;填充因子的脉冲宽度调制法要优于填充因子的线性近似法;制作相对误差不大时深度误差和宽度误差对微透镜聚光能力的影响不大.     

旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析

采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析.推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式;给出了入射波的设置方法;采用了完全匹配层吸收边界条件;改进了平面波谱传播算法,大大简化了计算过程并提高了计算速度.对多台阶微透镜和二元亚波长微透镜进行分析给出了它们焦平面的电场强度分布.数值计算结果表明,本文的算法可以准确且高效地分析轴对称亚波长衍射光学元件.     

亚波长衍射微透镜色散的数值分析

采用旋转体时域有限差分法对亚波长衍射微透镜进行数值分析，给出了在微透镜焦平面上的电场强度分布和从近场到远场的电场强度分布. 研究了亚波长衍射微透镜的色散，给出了入射波长不同于设计波长的色散曲线，数值分析结果表明了亚波长衍射微透镜的负向色散特性，而且随着波长的减小焦距增加得更快. 关键词： 亚波长衍射微透镜 色散 时域有限差分法     

光子晶体波导的设计与特性

设计了Y型和回型二维光子晶体波导,基于时域有限差分法模拟了传输特性,并得出Y型结构对应的TE模、TM模的带隙结构。为此可以根据具体情况设计满足不同要求的波导结构。     

有限磁场中等离子体圆柱波导的传播特性

分析了有耗介质中等离子体圆柱波导在有限外加磁场中的传播特性.重点讨论了波导传播常数随等离子体参数、介质参数和外加磁场的变化.分析结果表明，有限强磁场中的等离子体波导的传播特性比无外磁场或外加磁场为无穷大时具有更强的控制能力. 关键词：     

全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性

研究了光波在没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导中的传播特性. 利用等效折射率法,将该结构等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,数值分析和模拟了其多模干涉效应. 研究结果表明,由于全内反射和分布式布拉格反射的联合效应,光场类似于传统波导模式,能高效地传输;随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,带宽和透射率也随之增加, 研究结果为实际应用中选择适当的填充率提供了理论依据. 关键词： 光子晶体多模波导 全内反射 填充率 时域有限差分法     

波导电光调制器结构的全波分析

本文首次用时域有限差分法对波导电光调制器结构进行全波分析。通过引入移动吸收边界条件和自动递归模型,提高了算法的计算精度和效率,获得了调制器结构参数与性能的关系曲线,为实际器件的优化设计提供了重要依据。     

双平行圆柱形MDM纳米棒等离子体波导的传输特性分析

设计了一种由双平行圆柱形纳米棒构成的金属-介质-金属(MDM)型等离子体波导,采用时域有限差分方法(FDTD)分析了波导结构的传输特性。当光波垂直主轴入射时,电磁场被很好地局限在两纳米棒所形成的中间区域以及介质层中,从而在该波导中能够有效地耦合电磁场能量。在工作波长为1 550 nm的情况下,随着内层金属芯半径的增大,有效折射率减小,传播距离增大;而中间介质层厚度增大时,有效折射率增大,传播距离减小。当外层金属壳厚为20 nm时,电场可以很好地被限制在纳米棒的介质层内。上述结果表明:通过调整波导结构的几何参数可以显著提高金属纳米棒的场限制,降低波导本身的损耗, 使波导的有效折射率和传播长度达到最优化。这种等离子体波导能够实现亚波长的光限制,可以应用于光子器件集成和传感器领域。     

一种高品质中空金属光波导

讨论了高品质中空金属光波导的工作原理及其制作工艺，制备了以金和银作为波导材料的中空波导管，并对空芯以及充入不同透明液体的液芯波导的透光特性进行了测试，结果表明：与中空介质波导相比，中空金属波导具有光传输损耗低，透过率对波导弯曲与失调不甚敏感等优点；而液芯金属波导的透光效率与透明材料的折射系数无关。文中描述了在特定波段内“中空光纤”的原理，并报道了Ｈｅ－Ｎｅ和ＣＯ２激光在中空金壁波导传输的实验结果。     

金属层亚波长狭缝中光波耦合

亚波长波导能够控制光在亚波长的尺寸中以很小损耗传输,在集成光学中有广泛的应用。利用二维时域有限差分(FDTD)法,研究了光波在金属层中亚波长两狭缝之间的耦合过程。分别在较厚的金属层前表面和后表面刻上两个狭缝,纵向错开一定距离(间距),横向重叠一定长度(耦合长度),两个狭缝能够将光波从金属层的前表面耦合到后表面。改变两个狭缝长度、间距和耦合长度等参数,耦合波长和效率发生明显变化。结合振幅分布,认为光波在两狭缝形成波导共振,前表面狭缝的共振将入射波能量耦合进入狭缝中,后表面狭缝的共振将能量耦合出去,两个狭缝之间通过隧穿效应耦合。     

全电极脊形波导光传输特性

给出一种较为简便的全电极脊形波导的分析方法,即采用有效折射率方法把此金属包层脊形波导化成一个二维等效平板波导,然后利用微分法得到模的有效折射率满足的方程和吸收损耗系数的解析表达式.作为一个特例,用这种方法对SiO2全电极脊形波导光传输特性如光传播常数和损耗进行了计算, 并得到一些有益的结论.     

Thermo-Optic Two-Mode Interference Optical Waveguide Device with Fast Response Time

Abstract

Based on the two-mode interference principle, a thermo-optic two-mode interference waveguide structure with heat-insulating grooves in both sides of the two-mode interference core has been proposed for optical switching. The thermal analysis of the proposed structure with SiON core and SiO₂ cladding has been performed by the finite difference method. The switching power of the device is estimated as ～450 mW, and the response time is estimated as ～98 μs, which is eight times faster than that of the existing thermo-optic two-mode interference device. The device length of the switch is 2.7 times less than that of the existing total internal reflection (TIR) thermo-optic switch.     

Waveguide resonance of subwavelength metallic slits

The transmission characteristics of a metallic film with subwavelength periodic slits are investigated by using the two-dimensional finite-difference time-domain method (2D-FDTD). Two models are constructed to show the dependance of the transmission spectrum on the slit structure. A sandwiched structure is used to exhibit the contribution of the metallic wall inside slits to the extraordinary high transmission. And a filled slit structure is employed to reflect the relation between the average refractive index inside the slits and the transmission spectrum of the structure. The transmission characteristics of two structures can be explained well with the waveguide resonance theory.     

聚合物电光波导传播常数和损耗系数的微扰解

对于聚合物电光波导,依据理想光波导耦合理论的微扰理论,推导传播常数和损耗系数的近似表达式,从而将求解本征值的复杂复数运算简化成简单实数运算。数值计算表明,这些近似解与正确解很好相符。给出的近似公式和特征曲线可供聚合物电光波导及其器件的设计和制备作参考。     

环状截面同轴金属波导的特性研究

以电磁场理论为出发点，对满足环状截面同轴金属波导边界条件的麦克斯韦方程组求解，得到了环状同轴波导管内的电磁场各分量方程，并以TE模灰例详尽分析了环状金属波导管中的模式特征、色散关系、光束传播及其强度分布特性。     

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。