Bragg反射齿型平面凹面衍射光栅性能研究

本文基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构, 提出利用一维光子晶体理论进行Bragg衍射光栅的设计并对其性能进行研究分析. 根据一维光子晶体理论, 建立了罗兰圆结构的凹面椭圆Bragg蚀刻衍射光栅, 研究了TE/TM模式下器件的分光特性以及入射角度改变对器件角色散造成的影响; 同时, 文中对比了空气介质型和金属铝线型椭圆Bragg蚀刻衍射光栅的光学性能. 研究结果表明: 选择合适的器件参数, 可以实现TE/TM模式下1.465-1.615 μm范围内波长衍射效率在95% 以上, 且空气介质型结构光栅的通道均匀性要优于金属铝线型结构光栅; 入射角在30°-60°范围内变化时, 相同入射角度下, TM模式下器件角色散大于TE模式. 基于Bragg衍射光栅设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG 波分复用器, 为未来密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

一种新型光交错复用器的设计

提出了一种偏振光干涉型光交错复用器的新结构。其核心元件双折射模拟波片等效于双折射晶体波片，可以获得比一般双折射晶体大得多的等效双折射。该光交错复用器除了具有一般偏振光干涉型光交错复用器的稳定性好、可靠性高的特点外，特别具有隔离度更高和更容易实现各种大小频率间隔的优点。利用该结构设计了用于50GHz频率间隔波分复用信号的奇偶分离的光交错复用器，通带和阻带的平坦宽度均大于1／5周期，隔离度为～30dB。同时，对该器件在实际应用中的几个基本参量，如插入损耗、偏振相关损耗和成本等也作了分析和讨论。     

聚合物微环谐振波分复用器传输特性的理论分析

根据耦合模理论,给出了1×N信道微环谐振波分复用器(MRRWM)的光强传递函数通用公式,并分析了微环谐振波分复用器的传输特性。利用参量优化结果,在中心工作波长约为 1.55μm、波长间隔约 5.6 nm的情况下,对1×8信道硅基聚合物微环谐振波分复用器进行了数值模拟。计算结果表明,该器件具有以下优良的性能:分波光谱准确,自由光谱区约为18 nm,对于半径10μm以上的微环弯曲损耗很小,且器件的插入损耗主要由波导的传输损耗决定,振幅耦合比率为0.2时对应的每条竖直输出信道的插入损耗在0.57 dB以下,信道间的串扰小于-18.5 dB,输出谐振峰3 dB带宽可达0.25 nm,最小背景光的强度约为3.8×10-4。     

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。     

基于SU-8聚合物的越级衍射型单纤三向波分复用器

介绍了基于阵列波导光栅(AWG)的单纤三向波分复用器的设计、仿真、制作与测试。利用阵列波导光栅的频谱周期性,采用越级衍射方法可在无需改变AWG布局,无需额外元件的情况下覆盖三向波分复用器的整个工作波段(1310~1550nm)。器件的芯层采用较高折射率的SU-8聚合物,下包层是二氧化硅,并用空气作为覆盖层,制作流程简单,只需要紫外光刻,成本低。仿真结果显示三个工作通道3dB带宽都大于11nm,偏振波长漂移不超过0.65nm。器件测试结果验证了越级衍射设计的正确性,在TM偏振态下的第二和第三波长通道的额外损耗是3dB左右,第一波长通道的额外损耗是7dB左右,串扰在-15dB左右。整个器件大小仅1.3mm×0.402mm。     

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。     

阵列波导光栅设计原理及优化

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.     

低插入损耗阵列波导光栅的设计

研究了阵列波导光栅的插入损耗.针对损耗来源,讨论了各项损耗的研究方法.分析了结构参量对损耗的影响,讨论了降低损耗的设计思路.对结构参量进行优化,设计了8通道200 GHz间隔的阵列波导光栅,中心通道插入损耗为1.37 dB,低于目前商用器件的1/2.对阵列波导光栅的设计具有一定的指导意义.     

用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器

提出一种用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器，该器件为由一个光子晶体Aubry-André-Harper(AAH)谐振腔、一个光子晶体AAH反射腔以及两个光子晶体波导组成的三端口反射腔型光分插复用器。基于耦合模理论建立该结构模型，推导理论谱线并分析决定其传输性能的关键参数，根据理论结果指导基于三维时域有限差分法的仿真设计，得出器件的性能参数。仿真结果表明，该器件可以在1556.2 nm和1555.4 nm的工作波长下实现光波的上/下载功能。光子晶体AAH反射腔和锥形结构减小了光波在主波导上的泄漏和端口处的模式失配损耗，使得插入损耗与各端口串扰分别小于0.51 dB和-29.54 dB。所使用的AAH腔具有高Q值的特性，输出谱线的线宽仅为0.2 nm，尺寸仅为19.35μm×13.33μm。该器件结构紧凑且简单，支持双信道分插复用，易扩展信道，可应用于密集波分复用/解复用器件，在大规模集成的高容量光通信系统领域中具有重要的应用价值。     

基于三角晶格光子晶体谐振腔的双通道解波分复用器

提出了一种基于三角晶格二维光子晶体解波分复用器。该器件主体由线缺陷波导、环形谐振腔及点缺陷微腔构成。使用平面波展开法研究了线缺陷波导的特性,给出了线缺陷波导的能带图,对局部器件微调后进行大量的性能仿真以及对整体器件进行性能仿真,选择合适的器件参数,并使用时域有限差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并给出了电场分布图。仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1271nm和1291nm两种光波的解波分复用。采用6个额外的介质柱,提高了环形腔的透射率;并通过在入射波导的入射口处增加三对介质柱,提高了波导的出射效率,从而整体上提高了双通道解波分复用器的输出效率。     

基于二维矩形SiO2光子晶体光栅的研究

 为解决光学系统中普遍存在的菲涅耳反射问题,提高光的透射率,设计了一种二维矩形SiO2光子晶体结构光栅。采用勒让德多项式展开法对该结构在可见 近红外波长范围入射光波的透射率进行了模拟计算,寻找到了合适的占空比e、光栅深度h和基底厚度d,使得光栅的透射率在入射角为0～60°范围内、入射波长在400 nm～1 200 nm范围内变化时,其透射率的变化相对稳定,透射率的平均值可达到96%以上。     

Effect of particle defects on an Echelle grating demultiplexer

The impact of particle defects in the free propagation region on the performance of an etched diffraction grating demultiplexer is analyzed in the present paper. Numerical simulations using a method of moment and a Green function method show that particle defects with some special sizes can result in a strong resonance with the incident wavelength and will produce a large scattering loss.     

Ultrasmall demultiplexer by use of one-dimensional photonic crystal

Silica-based one-dimensional photonic crystal (1D-PC) is fabricated by use of a high-spatial-frequency grating with input and output surfaces tilted with respect to its periodic direction. An incident beam is coupled with the first photonic band in the second Brillouin zone of the 1D-PC. The output beam angle changes 3 degrees with a wavelength change of 1%. A prototype of an ultrasmall demultiplexer is demonstrated by use of a silica slab waveguide with 1D-PC.     

A flat-topped etched diffraction grating demultiplexer with low polarization-dependent loss using a tapered MMI structure

A flat-topped etched diffraction grating(EDG)demultiplexer with a low polarization-dependent loss(PDL)is designed.A design and simulation method based on the method of moment(MoM)is proposed.A 65-channel EDG demultiplexer with channel spacing of 100 GHz is considered as a design example.A tapered multi-mode interferometer(MMI)is used to flatten the passband of the EDG demultiplexer.The numerical results show that the exit width of the tapered waveguide impacts the loss of the TE case more than that of the TM case.Based on this fact,the exit width of the taper is optimized to obtain the lowest PDL.The tapering angle is also optimized where the minimal ripple is obtained.The designed EDG demultiplexer has an excellent flat-topped spectral response and a very low PDL.     

A Flattened AWG Demultiplexer with Low Chromatic Dispersion

A design method is introduced to obtain a flat-top arrayed-waveguide grating (AWG) demultiplexer with low chromatic dispersion. A multimode interference (MMI) section is connected at the end of the input waveguide, and a tapered waveguide is connected at the entrance of each output waveguide of the AWG demultiplexer. The design procedure is presented. A design example is given and shown to have a much better performance than the conventional flat-top design using only an MMI section. The insertion loss of the designed AWG demultiplexer is also reduced.     

SOI基纳米光栅耦合器的结构改进与仿真验证

针对硅基光波导与单模光纤在光耦合过程中存在耦合效率低,对准难度大的问题,提出了一种新型基于绝缘体上硅(SOI)结构的纳米光栅耦合器。运用有限时域差分法探究了纳米光栅耦合器的结构特性,结合光纤准直器的准直原理,系统分析了纳米光栅耦合器的结构模型。研究了入射光波长、入射角度、光栅占空比等因素对光栅耦合效率的影响,得出了基本纳米光栅耦合器的最佳结构参数;在基本耦合光栅结构的基础上进行了改进,增加了后反射器、增透膜和底层介质膜,并运用Optiwave OptiFDTD 8.0软件优化了各部分结构的设计参数,得到了优化的耦合光栅结构。纳米光栅耦合器的耦合效率提高至59.37%,3dB带宽达到65nm。     

InP-based 1.3/1.55 μm wavelength demultiplexer with multimode interference and chirped grating

We propose a novel 1.3/1.55 m wavelength demultiplexer for integration with lasers and detectors on the InP material system. A chirp grating is placed inside a multimode interference (MMI) structure to shorten the device length and increase wavelength tolerance. The simulation using the bi-directional beam propagation method proves that the demultiplexer can have very low insertion loss and high isolation ratio. The approach of grating fabrication is also described.     

Parameters for efficient growth of second harmonic field in nonlinear photonic crystals

The ultrashort pulse propagation and nonlinear second harmonic generation under the undepleted pump approximation in a quadratic nonlinear photonic crystal (NPC) structure is theoretically investigated and the optimized parameters for high second harmonic generation conversion efficiency are extracted. The transfer matrix method is used for the numerical formulation for oblique angle of incidence. A unique set of material combination GaInP/InAlP is selected as alternating nonlinear and linear layers. The NPC parameters like incident angle and layer thickness are manipulated to obtain the exact phase matching using double resonance condition for a fixed number of layers with known experimental material parameters.     

大角带宽高衍射效率体全息光栅的设计和制备

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素.以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅.首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记录参数与其衍射效率的关系,找到平均衍射效率较高的记录参数范围,随后进一步分析在此范围内的记录参数与体全...