有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。     

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。     

领结形中空表面等离子体波导的传输特性

设计了一种领结形中空表面等离子体波导.采用频域有限差分法,对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和工作波长的依赖关系进行了分析.结果表明,沿纵向的能流主要分布在两个上下突起所形成的中间区域.通过调整几何参数及工作波长,可以调节模式的有效折射率、传播长度和模式面积.在工作波长确定的条件下,有效折射率随突起半径的增大呈减小趋势,而传播长度和模式面积则随着突起半径的增大呈增大趋势,四个角上的圆弧半径对波导的传输特性有微调作用,左右扇形区域的半径对波导的传输特性有较明显 关键词： 集成光学 光波导 表面等离子体波导     

非线性介质的表面等离子体波导设计和优化

设计了一种基于非线性介质Si-NC/SiO2的混合表面等离子体波导,利用有限元方法定量分析了这种波导所支持基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和有效面积与几何结构参数以及非线性介质的依赖关系.分析结果表明,光场主要被限制在非线性区域,通过调节非线性层的厚度以及非线性比例因子,可以实现模式的有效折射率和传播长度等传输特性参数的调节.固定非线性介质比例因子,有效折射率和传播距离随非线性层厚度增加而增大;固定波导尺寸,有效折射率随比例因子增大而增大,传播距离和有效面积较小.最后,根据分析结果对非线性效应进行优化,优化后波导最优结构尺寸为波导宽度为250nm,非线性材料层厚度为100nm,硅层厚度为150nm.     

聚合物填充的狭缝波导定向耦合器的数值分析(英文)

利用亥姆霍兹方程和有限差分法,给出一种用于分析聚合物SU-8填充的双狭缝波导定向耦合特性的数值方法,推导出双耦合狭缝波导模式特性的特征方程,并做了离散化和稀疏化处理,得到耦合波导的模式场分布和有效折射率.通过求解最高阶偶对称和最高阶奇对称模式的有效折射率,得到TE和TM偏振态下定向耦合器的耦合长度.数值分析结果表明,当耦合间距小于800nm时,耦合长度小于100μm.利用椭偏仪测得狭缝波导各层材料的光学参数随工作波长的色散关系,研究分析了双狭缝波导耦合长度和模式损耗的色散特性.分析显示,随着工作波长的增大,两种偏振模式下的耦合长度均减小,且TM模式下的耦合长度大于TE模式下的耦合长度,当工作波长为1 550nm时,二者分别为28.2和26.2μm(两狭缝波导间的耦合间距为0.5μm时).同时,模式损耗也随波长的增大而减小,且TE模式损耗大于TM模式损耗,当工作波长为1 550nm时,TE及TM模式的振幅衰减系数分别为5.65和3.16dB/cm.     

实现暗态的三芯耦合波导设计及其非线性脉冲传输特征

暗态效应被广泛应用于量子信息处理.通过纤芯结构的设计,在三芯耦合波导中实现了该量子效应,并数值研究了非线性对暗态的影响.研究发现,在几个耦合长度内,当波导1中的输入为归一化功率等于1的低能量光脉冲时,波导2与3中没有光传输;当入射光的归一化功率增大到1000时,波导2与3中依然没有明显光传输,且对比度超过4个数量级.然...     

基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器的设计

设计了一种基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO_3的电光效应,波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化,从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响,以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短,耦合器长度越长,则耦合器的带宽越窄,耦合效率调谐范围也越大.此外,谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小,而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94μm、长度为3.52cm的耦合器进行仿真,结果表明,谐振波长灵敏度为26.2pm/V,3dB带宽可达4.5nm,当外加电压从0变化到200V时,谐振波长变化5.24nm,耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.     

两介质波导的最小中心间距

根据波导的耦合模理论,推导出两介质波导单位长度串扰的表达式,并在一定串扰的前提下,定义了两介质波导最小间距和最小中心间距,提出采用最小中心间距做为衡量波导集成度的参量.分析了波导尺寸及折射率差对最小间距、最小中心间距的影响.分析和模拟结果表明:折射率差越大,两波导最小间距、最小中心间距越小;在大折射率差的条件下,两波导最小间距可以降低到1 μm以下;在给定的工作波长、折射率分布的条件下,两介质波导的最小中心间距存在最小值.     

不同结构SOI交叉波导的损耗及串扰特性研究

利用高阶Pade近似的2D-BPM算法,对具有不同弯曲半径及交叉角度的SOI弯曲交叉波导的传输特性进行了模拟、分析和深入研究,发现交叉波导的串扰随弯曲半径及交叉角度增大而减小的规律.在此基础上,对由正弦弯曲、余弦弯曲以及圆弧弯曲三种弯曲波导构成的SOI交叉波导的损耗及串扰特性进行了分析比较.结果表明,由正弦弯曲构成的交叉波导传输损耗最小且串扰最小.     

降低AWG插入损耗和串扰设计新方法

在AWG器件的设计中引入了抛物线型的楔形波导结构,根据过渡区理论优化了引入的抛物线型楔形结构的形状和尺寸.采用抛物线型楔形结构代替直线型楔形结构,AWG的插入损耗降低了2 dB左右.在优化参数时使输出/输入波导间距与阵列波导间距取不同的值,并使输出/输入波导间距适当增大,而阵列波导间距取较小值,这样使得串扰降至－30 dB以下且插入损耗保持在低水平.运用光束传播方法给出器件的输出光谱并证实了理论上预想的结果.     

半圆形波导中的电磁场

利用矩形波导和圆形波导的结论,并结合叠加法和镜象法等工具,从理论上分析给出半圆形波导的TE波模型的电磁场分量.根据金属界面的特殊性质,在一定条件下运用叠加法的延拓求出半圆形波导的电磁场分量.最后通过过渡法对一般情况下半圆形波导的电磁场分量进行求解.     

The study of multilayer planar optical waveguide structure with nonlinear cladding

A novel method for analyzing the multilayer and multibranch optical waveguides with nonlinear cladding is presented. This method can also be used to analyze the multiple-quantum-well (MQW) waveguide structure. Numerical simulation results show that our analyses are reasonable.     

基于等几何分析方法求解任意截面波导本征问题

基于等几何分析方法具有自由度花费少、高精度、高阶连续性等特点,通过加权余量法对椭圆波导本征问题的亥姆霍兹方程等几何离散得出等几何分析方程.解决了传统数值方法的求解域与几何模型的非一致性问题,实现了将问题的分析计算构架于精确几何模型基础之上.分析任意截面波导的本征问题,对不同偏心率的椭圆波导以及三角形和五边形波导的截止波数的求解结果显示等几何分析方法求解波导本征问题的高效及高精度特性.与传统方法相比,此方法以较少的自由度消耗便会达到较高的求解精度,并且数值解的收敛率较快.     

Waveguide discrete modes in slab and cylindrical FIR laser

The characteristic equation is solved for oversized slab and cylindrical hollow waveguides. The outter medium is a dielectric or a metal for cylindrical waveguides, and a dielectric for slab waveguides. The results are applied to consider the resonance conditions for a FIR laser cavity.     

Theoretical modeling of a nonlinear asymmetric metal-clad planar waveguide based sensors

The present paper deals with the theoretical modeling of a nonlinear asymmetrical metal-clad planar waveguide for sensor application to achieve high sensitivity. We take the appropriate field distributions for the proposed structure and impose the boundary conditions to derive the mode equation and other necessary formulae for the proposed sensor. The effect of nonlinearity on the sensitivity of the waveguide is studied. Also, we have compared our computed results with the results given for a similar sensor having five layers structure. It is observed that the sensitivity of the sensor is improved by introducing a nonlinear material in the cover medium.     

Analysis of Planar Dielectric Waveguide with Mirror-Conjugate Chiralities in the Core and the Cladding

The propagation characteristics of a planar waveguide with mirror-conjugate chiralities filled in the core and the cladding (mirror-conjugate chirality waveguide) are presented. The effects of chirality on cutoff, dispersion and field distribution characteristics of the waveguide are studied. The results show that the waveguide with desired features can be made by appropriately selecting the chiralities of the core and the cladding, because the core chirality and cladding chirality have different influences on waveguide propagation characteristics.     

利用51微米激光器测量中红外光波导损耗(英文)

一种新型的采用AlGaAs材料设计制成的光波导显示了其在中红外激光器方面的应用。波导部分包含在两个GaAs的包层之间,两个包层的掺杂材料限制光场在波导中传播并且降低损耗。三个不同长度的波导经过切入式测量得到它们的内部传播损耗为1 5dB/cm和耦合损耗为9dB。所采用的中红外激光器的波长是5 1μm,输出功率在45毫瓦以上。从光波导输出的光功率只有几个毫瓦。     

平板波导的非线性耦合

给出了两个平板波导耦合成的定向耦合器,当两波导的间隙为克尔型非线性人质时耦合系数与导波功率的关系的计算公式与计算步骤,给出了耦合区为自聚焦介质及自散焦介质两情况的计算实例,并对计算结果进行了讨论     

斜接弯波导模式转换器

经理论分析得出,一段小曲率半径弯曲圆波导的传输特性和一段与其弯角相同、轴线长度相等的斜接弯波导的传输特性一致,从而提出了一种由多节直圆波导依次倾斜连接构成的TM01-TE11斜接弯波导模式转换器,并介绍了该模式转换器的设计方法,给出了设计实例。优化结果表明,所设计的模式转换器在中心频率上均具有99%以上的转换效率。