大功率脉冲量子级联激光器锥形波导光学与热学仿真设计

针对脊形波导结构的大功率脉冲量子级联激光器面临的光束质量差和热积累严重的问题,研究了一种新型锥形波导量子级联激光器结构设计方法。通过COMSOL软件仿真优化脉冲功率60 W,重复频率10 kHz输出的锥形量子级联激光器光学和热学特性,分析了不同几何参数对波导光场模式分布、传输特性和最大内部温度的影响以及不同热沉材料、热沉温度和脉冲宽度对核心层内部温度分布的影响。结果表明,在4.6μm的波长下,直波导宽度为5μm,在锥度角为1.9°,直波导/锥形波导长度比为1∶3,可以保证直波导产生TM基模输出,整个端口的透射率、反射率、损耗、光限制因子达到最好效果。在同脊宽条件下,对于3 mm腔长,该锥形波导结构激光器核心区的面积对比条形的脊波导结构大10倍左右,更有利于大功率输出。此外,基于该结构进行了不同脉冲模式下的热学仿真分析,为器件工作模式和封装方式的选择提供有益参考。文中研究相关结论可为后续工艺设计和实验验证提供数据支持。

CO_2激光传输用锥形波导耦合器的设计、制备及其性能研究

针对CO_2激光传输用空芯波导的特点,设计、制备了锥形空芯波导耦合器系统。对此耦合系烷的传输性能测试表明,使用该锥形空芯波导耦合器能够显著提高空芯波导的激光传输性能。

锥形波导光谱计在密集波分系统中的新型应用

光谱分析技术在采用80波乃至更多波数的密集波分系统中具有重要应用,能够实现对不同波长业务的快速定位、准确标识和灵活分配等多个目的。提出了一种基于螺旋锥形波导结构的新型光谱计,不同于传统光谱计工作原理,在工作带宽、光谱分辨率和器件尺寸等方面具有更大优势,同时实现集成封装后便于携带。

锥形光波导中附加相位特性的分析

分析了不同过渡边界锥形光波导中的附加相位特性.采用近似公式分析了附加相位的改变趋势,进行了精确的数值计算.附加相位的改变量与锥形光波导各个几何参量相关并与波长敏感.提出可以利用变宽与变窄的锥形光波导进行波长敏感性补偿.

一种带有锥形多模过渡区的Y分支光波导

为减小Y分支波导的分支损耗,提出在输入波导和两输出波导间引入锥形多模过渡波导。与已被用于减小Y分支波导分支损耗的矩形多模过渡波导相比,所引入的锥形多模过渡波导,不仅可以减小过渡波导的长度,还可进一步减小分支损耗。利用三维有限差分光束传播法,对具有锥形过渡波导的退火质子交换铌酸锂Y分支光波导进行了数值模拟。数值结果为该类Y分支光波导的设计和制备提供参考。

锥形过渡波导的光束传播法分析

基于光束传播法,对几种只沿纵向变化的锥形过渡波导的传输特性进行了分析。分析表明,对同一过渡波导,宽端口输入与窄端口输入时的功率损耗不同,因而应根据过渡波导是宽端口输入还是窄端口输入来选用过渡波导。波导参数对各种过渡波导传输特性的影响也不同。分析结果为各种过渡波导的选用提供了参考。

锥形慢波结构波导谐振腔微波发生器

利用二维半的 PIC等离子体物理程序设计了一种新的结构简单、体积小、重量轻、频率稳定的高功率、高效率的微波器件。此器件采用了锥形慢波结构波导谐振腔 ,不用外加引导磁场。微波频率可以设计为 f =1 .6～ 1 2 GHz,功率 Pout可达 GW。

有限元光束传输法分析锥形线性波导

文章介绍了有限元光束传输法(FE BPM)和完美匹配层法的结合,并用该法分析了不同折射率比和仰角的锥形线性波导,说明了这种方法的有效性和实用性.

利用射线光学法的锥形多模平板波导辐射性能的分析

本文采用射线光学法计算了锥形多模波导的辐射.模拟结果的精确度可通过与波束传播法(BPM)所得结果的比较加以证实.还发现,该方法大大减少了计算时间,可用于设计特殊锥形结构的光波导,实现光源与波导间的高效耦合.

高亮度锥形半导体激光器

介绍了由双量子阱非对称波导结构外延片刻蚀成的带有脊形波导结构的锥形半导体激光器。该激光器有效抑制了p型区域对激光的影响,减小了半导体激光快轴方向的发散角,同时采用脊形结构和锥形结构的组合获得了高亮度激光。实验中,在电流7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W的激光输出。测得慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad。

一种计算单模波导输出的快速方法及其在结构优化中的应用

提出了一种快速准确的新方法 ,用以计算入射场耦合到波导的能量 .这种方法将 BPM(beam propagationmethod)和叠加积分法结合起来 ,克服了单独用 BPM计算场分布的效率较低的缺点 ,同时也克服了叠加积分只适用于计算规则波导的缺点 ,该方法称为正交过滤法 .

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1dB带宽大于通道间隔的50%,插入损耗从5.2dB减小到了4.0dB,串扰小于-30dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87dB,串扰减小了3.67dB,1dB带宽增加0.1nm,增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.

基于深刻蚀SiO_2脊型波导的紧凑型多模干涉功分器

采用深刻蚀SiO2脊型波导,利用其弯曲半径小的优点,设计了一种紧凑型1×2多模干涉功分器.在输入/输出波导与多模干涉区域之间引入了逆向锥形波导,有效地减小了输出波导间距,从而减小了多模干涉区域宽度及其长度,进一步实现了多模干涉器件的小型化(仅为150μm×20μm).并采用三维束传播方法对多模干涉区域及输入/输出波导中的光场传输进行了模拟仿真,得到了一组最优参量设计值,从而实现其结构优化.

1.55μm高功率单横模半导体激光器的研制

1.55μm高功率半导体激光器广泛应用于长距离主干网光网络、无人驾驶等领域,在应用系统中更高的激光出光功率有利于提升系统的工作距离和接收端的信噪比;随着光电子集成和共封装光学的快速发展,其高光电集成密度要求激光器具备低功耗等性能。本文通过优化激光器外延P-InP掺杂,激光器室温下串联电阻从3.2Ω降低至2.2Ω,器件电阻性能优于相同结构对比器件,300 mA电流下器件电功耗从510 mW降低至430 mW。进一步采用锥形波导结构提高激光器增益体积,测试结果显示,锥形波导结构使激光器出光功率提升17%以上,同时器件电功耗无明显增加;室温低电流下器件最高光电转换效率接近50%,与相关研究报道结果优值相当;远场测试结果显示,激光器水平方向发散角有效降低,同时器件光束质量未发生明显变化。实验结果为面向光电子集成应用的低功耗高功率半导体激光器提供了研究基础。

电光聚合物波导中的锥形结构

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接。锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构。宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换。劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作。研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率。结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37dB,光纤-波导-光纤的连接损耗优于1.62dB,对插入损耗的改善达到8.78dB,模场转换效率达到了83.7%。

强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析

用理论和粒子模拟相结合的方法分析了强流薄环形相对论电子束在低磁场导引下,在均匀波导,无箔二极管,以及锥形波导和渐减磁场位形条件下的传输过程,研究了束包络的波动和如何减少波动的问题。分析表明:在无箔二极管中一个适当渐增的磁场位形可以有效地抑制束电子的径向运动,从而减少电子在波导中的波动幅度;电子束在锥形波导和渐减磁场位形中运动,不会增加束电子的波动。因此适当的磁场位形可以降低微波器件对导引磁场的要求,有利于实现永磁包装微波器件。

锥形空心银波导的聚焦特性

利用时域有限差分(FDTD)方法数值演示了一种能光学引导和聚焦激光的锥形空心银波导,数值模拟结果表明这种锥形空心银波导能把激光聚焦成一个极小的、直径只有1μm、强度高度局域性的光斑.对锥形波导能光学引导和聚焦激光的物理机理作了分析和探索,并进一步探讨了激光倾斜入射、波导几何结构对锥形波导聚焦特性造成的影响,这些研究结果对于锥形光学的应用、快点火或产生高能带电粒子中锥靶结构的最佳设计具有重要的参考价值.

Design and Fabrication of Ultracompact 3-dB MMI Coupler in Silicon-on-Insulator

An ultracompact 3 dB coupler is designed and fabricated in silicon on insulator,based on 1×2 line tapered multimode interference (MMI) coupler.Comparing with the conventional straight MMI coupler,the device is ～40% shorter in length.The device exhibits uniformity of 1 3dB and excess loss of 2 5dB.

High-Power Ridge-Waveguide Tapered Diode Lasers at 980nm

High-power ridge-waveguide tapered InGaAs-AlGaAs lasers emitting at 980nm were fabricated. Lasers with a total length L = 1850μm and different lengths of the ridge waveguide Lrw were processed to study the influence of the straight section on the spatial mode filtering. When Lrw is 450μm, the devices have the optimized maxi- mum output power and beam quality,and the output power P is 4. 28W. The beam propagation ratio M2 is 3. 79 at 1W.

模扩展结构半导体激光器的有限元分析

运用近似的标量有限元法对模式扩展的结构进行了分析 ,结合实际 ,精确划分了有限元网格 ,模拟出了模扩展的近场图形 ,并详细分析了结构内部的能量转换效率及其与单模光纤的耦合效率 ,找到了一种能够指导半导体激光器、放大器设计的有效工具 .结果表明 ,分析结果与已有的实验结论基本符合 ,波导区折射率太大不能对模场进行有效限制 ,太小则使模场转换发生困难 .