平面光波导器件时域有限差分束传输法分析中边界和初始条件的处理

从慢变包络（SVEA）时域光传输方程出发,对比了综合道格拉斯（GD）和传统的中心差分（CN）两种离散化格式,指出GD法比CN法精度有了很大提高.重点讨论了GD法的TD-BPM边界处理问题,给出了吸收边界和透明边界离散的显式和隐式表达式,分析并确定了交替方向隐式法（ADIM）的边界处理方式;同时,对激励源加入的连接边界进行了仔细讨论.结果表明对于隐式GD-TD-BPM法边界处理应采用隐式,中间激励更能反映光波导反射场的情况.     

硅基槽式微环谐振腔型偏振解复用器全矢量分析

提出一种紧凑型偏振解复用器, 其中两条常规硅基波导作为输入/输出信号通道, 居于其中的槽式微环谐振腔用于偏振态/波长选择组件. 采用全矢量频域有限差分法详细分析了硅基常规及槽波导的模式特性, 结果发现其横磁模的模场布及其有效折射率相似, 而其横电模相应的特性则差异明显, 结果输入横磁模能够在谐振工作波长下从下路端口输出, 而输入横电模与微环耦合可以忽略, 直接从直通端口输出, 从而实现两偏振态的高效分离. 采用全矢量时域有限差分法详细分析了该偏振解复用器的光波传输特性, 结果表明, 当微环半径为3.489 μm时, 在1.55 μm工作波长下, 横磁模与横电模的消光比与插入损耗分别为 ～ 26.12 (36.67) dB与 ～ 0.49 (0.09) dB. 另外, 论文详细讨论了器件关键结构参数的制作容差, 并给出了输入模场在器件中的传输演变情况.     

光纤中单光子传输方程的求解及分析

量子信息在光纤中传输时,会受到光纤损耗、色散、非线性效应等多因素的影响,将产生传输态的演化与能量转移.本文以单模光纤传输方程以及电磁场量子化理论为基础,对单模光纤中基模模场进行量子化处理,推导并建立了考虑损耗、色散、非线性效应后的单光子传输方程.基于微扰法对单光子非线性传输方程进行了求解,给出了稳定解存在的必要条件及其所满足的色散方程.深入讨论了广域光功率随微扰频率的变化关系,并且分析了光纤色散、非线性效应对解的影响.为量子光纤传输系统性能的深入研究奠定了理论基础.     

梯形截面硅基水平多槽纳米线定向耦合器全矢量分析

定向耦合器是构成各类光子器件的基础元件. 本文采用一种基于电场分量的全矢量有限元法, 分析由梯形截面硅基水平多槽纳米线构成的定向耦合器. 给出了准TE与准TM偶、奇模有效折射率、耦合长度及模场分布, 揭示了其模式的混合特性及模场分布特点. 分析结果表明, 准TE模与准TM模的耦合长度随波导间距的增大均呈指数增长, 其中准TE模的耦合长度对波导侧壁倾角的变化敏感, 而准TM模的耦合长度对槽厚及槽折射率的变化敏感. 恰当选择结构与材料参数, 可实现两偏振态下相同耦合长度, 定向耦合器在偏振无关条件下工作.     

应力对M-Z型InP/InGaAsP-EAM偏振

采用Agilent 81910A光子全参量测试仪,首次实验研究了InP/In1－xGaxAs1－yPy-MQW（Multiple-Quantum-Well,MQW）材料与衬底间因应力而产生的M-Z型光调制器的PDL影响以及由此引起的由差分群时延(Differential Group Delay,DGD)表征的偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD).研究结果表明,半导体MQW光调制器的PDL与DGD是一致的.因此在半导体光器件的制作过程中,应尽可能地减小衬底与波导芯层之间的因残存应力的存在造成对光器件的高速性能的不利影响.     

交叉相位调制对非线性光纤环镜中光脉冲传输的影响

基于耦合非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法分析了在单波长信道和WDM（波分复用）4波长信道中XPM（交叉相位调制）对高速NOLM（非线性光纤环镜）光开关中脉冲传输的影响.数值计算表明：XPM造成NOLM中信号脉冲串扰与畸变,并造成NOLM开关性能的下降.WDM系统NOLM光纤环中的同向传播的各波长之间的XPM串扰比相向脉冲之间的XPM效应的影响更大,并且波长越短输出功率越低,中间信道受XPM的影响所导致的脉座现象和走离效应比两侧波长信道严重.     

锥形透镜光纤聚焦特性研究

锥形透镜光纤(TLF)是实现光纤与平面光波光路(PLC)芯片高效耦合的核心元件。了解和掌握其聚焦特性是指导平面光波光路尾纤封装技术的关键。给出了表征锥形透镜光纤聚焦特性的两个参量出射光斑直径和远场发散角的理论分析模型,其误差小于1.14%;采用光束传播法数值模拟了锥形透镜光纤中的光波传输和模斑的演化,确定了锥形透镜光纤端面出射光斑的大小;优化锥形透镜光纤结构参量为:拉锥长度300μm,锥角0.733°,透镜曲率半径13.485μm;建立了基于数字摄像机的锥形透镜光纤出射光场测试系统,提出了物理光学反向推演法,计算出锥形透镜光纤聚焦光斑尺寸和远场发散角。理论与实验结果有着良好的一致:对于相同结构参量的锥形透镜光纤,实验反推法得到的出射光斑尺寸与理论值相比误差为3.15%,远场发散角误差为3.67%。     

楔形光纤与半导体多量子阱平面光波光路芯片的耦合分析

采用楔形光纤(WSF)实现了与半导体多量子阱(MQW)平面光波光路(PLC)芯片的高效耦合。在多量子阱-平面光波光路前置模斑转换器(SSC)和不加模斑转换器的情况下,用阶梯串联法(SCM)数值模拟并优化设计了楔形光纤-平面光波光路间最佳耦合参量:楔形光纤楔角45°、端面圆柱透镜曲率半径2.5μm、模斑转换器-多量子阱-平面光波光路出射椭圆光斑长半轴3.5μm、纵横比5、楔形光纤-平面光波光路间垂直方向和水平方向无偏移、纵向间距5.5μm。用反向推演法(IDM)实验分析了楔形光纤样品的出射光场,与阶梯串联法(SCM)计算结果相比长轴误差为3.125%,短轴误差为0.8%。建立楔形光纤-平面光波光路-单模光纤(SMF)的耦合实验系统,在1.55μm波长处以单模光纤作为出纤的相同条件下,发现楔形光纤激励入射平面光波光路比单模光纤和锥形透镜光纤(TLF)作为入纤的耦合效率分别提高了24.827 dB和16.22 dB,为多量子阱-平面光波光路芯片尾纤封装技术提供了实验原型。     

偏振模色散对非线性光纤环镜微波光子开关的影响及其补偿

建立了考虑PMD在内的NOLM微波光子开关光波传输方程,给出了基于耦合非线性薛定谔方程的分步傅里叶法,三维庞加莱球理论和琼斯传输矩阵法的数值分析模型.仿真获得在光子开关中微波直接强度调制光载波的传输过程,以及在不同调制带宽下一阶和二阶PMD对光波信号和NOLM功率传输函数的影响.指出PMD造成NOLM开关性能钝化和消光比严重恶化,并引起信号信噪比下降和旁瓣泄漏.当调制带宽大于40GHz时,二阶PMD的影响比一阶PMD更加严重.最后讨论了NOLM中的PMD补偿问题.     

Semi-vectorial analysis of a compact wavelength demultiplexer based on the tapered multimode interference coupler

Based on a parabolically tapered multimode interference (MMI) coupler with a deep-etched SiO₂/SiON rib waveguide, a compact wavelength demultiplexer operating at 1.30 and 1.55\mum wavelengths is proposed and analysed by using three-dimensional semi-vectorial finite-difference beam propagation method (3D-SV-FD-BPM). The results show that a MMI section of 330.0\mum in length, which is only 76% length of a straight MMI coupler, is achieved with the contrasts of 42.3 and 39.2dB in quasi-TE mode, and 38.4 and 37.8dB in quasi-TM mode at wavelengths 1.30 and 1.55\mum, respectively, and the insertion losses below 0.2dB at both wavelengths and in both polarization states. The alternating direction implicit algorithm with the Crank--Nicholson scheme is applied to the discretization of the 3D-SV-FD-BPM formulation along the longitudinal direction. Moreover, a modified FD scheme is constructed to approximate the resulting equations along the transverse directions, in which the discontinuities of the derivatives of magnetic field components H_y and H_x along the vertical and horizontal interfaces, respectively, are involved.