基于GaAs/GaAlAs条形光波导的定向耦合器分析

运用基于级数展开法 (SEM)的三维光束传播法 (3D SEM BPM)分析了由GaAs/GaAlAs条形光波导构成的定向耦合器 .获得了这种定向耦合器所承载的偶模及奇模电场分布 ,其耦合长度随波导间距的增加近似指数增长 .模拟了光波在器件中的传输演变情况 ,用条形光波导的基模在给定定向耦合器的左通道激励 ,传输 2 6 2mm之后模场转移至右通道 ,获得了交叉态 (CrossState) .另外 ,3D SEM BPM最终将BPM基本方程归结为一阶常微分方程组 ,方法简单 ;导出矩阵小 ,计算效率高 .处理边界条件时 ,引入正切函数变换将无限平面映射成单位平面 。

基于变量变换级数展开法的光波导矢量本征模分析

基于变量变换级数展开法 ,获得了掩埋矩形光波导及脊形光波导的矢量本征模及其传播常数。变量变换使无限平面映射成单位平面 ,从而使单位平面边界上的电磁场自然为零 ,消除了非物理反射 ,提高了计算精度 ;另外 ,由于这种方法所导致的矩阵阶数小 ,因此计算效率较高。分析的结果与已发表的结果吻合较好 。

用基于磁场的改进型有限差分法分析光波导的全矢量本征模

提出一种改进的有限差分法,用以求解全矢量磁场波方程,分析光波导承载的全矢量本征模.离散交叉项时,采用与波导结构无关的六点差分格式,考虑磁场分量的导数在芯包分界处的不连续性,比传统四点差分格式有更高的计算精度.分析阶跃型光纤、矩形和脊形光波导的全矢量本征模问题,给出全矢量基模的磁场分布及其归一化传播常数,揭示全矢量本征模的混合特性,所得结果与解析法、高精度模横向谐振法的结果吻合,验证了方法的收敛性与计算精度.

基于3D-GM-BPM的平行定向耦合器模拟研究

提出了基于伽辽金法的三维光束传播法(3D-GM-BPM),可直接应用于三维波导光电子器件的光波传输模拟,并用它模拟分析了基于脊形光波导的平行定向耦合器的光波传输特性.3D-GM-BPM最终归结为求解一阶常微分方程组,导出矩阵小,计算效率高.另外,平面映射边界条件使该方法无须引入人工边界条件,因而消除了非物理反射,有较高的计算精度.

多功能2×2 GaAs/GaAlAs多模干涉型光开关分析

提出了一种基于深刻蚀脊形光波导带模斑转换器的多功能 2× 2GaAs/GaAlAs多模干涉型光开关 ,并用变量变换级数展开法及三维有限差分束传播法对其进行了模拟分析与优化设计 .结果表明 ,通过控制多模波导中央的两段Schottky电极 ,器件可实现交叉态、直通态及 3dB耦合器功能 ,并有较大的制作容差、较宽的工作带宽 ,只须一个多模波导 ,器件结构紧凑 .采用深刻蚀脊形光波导能够满足多模干涉型器件的精确自镜像要求 ,并使输入 /输出光波导在单模工作下有较大的横截面 ,较低的弯曲损耗及较小的耦合串扰 .通道末端引入的模斑转换器可方便地与单模光纤连接耦合 .

梯形截面硅基垂直多槽纳米线定向耦合器全矢量分析

采用一种基于三电场分量的全矢量有限元法,其中引入了完善匹配层(PML)吸收边界条件,分析由梯形截面硅基垂直多槽纳米线构成的平行定向耦合器.考虑了波导侧壁倾角、耦合波导间距、槽宽及槽折射率的变化对定向耦合器性能的影响.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,恰当选择结构参数及材料参数,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.

基于正切函数变换的改进型全域基展开法及其应用

基于正切函数变换 ,本文提出了改进型全域基展开法 (MGBEM) .该方法将无限xy平面映射成为单位平面 ,使单位平面边界上的电磁场自然为零 ,等效于自然边界条件 ,因而避免了边界截断问题 ,消除了人工反射 ,提高了计算精度 .另外 ,本方法导致的矩阵阶数小 ,有较高的计算效率 .本文选用正弦函数作为展开基 ,并将MGBEM应用于二维光波导标量模分析 。

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3.489μm时,在1.55μm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)d B与～0.49(0.09)d B.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.

硅基槽式纳米线多模干涉型模阶数转换器全矢量分析

提出了一种基于硅基槽式纳米线结构的紧凑式1×2多模干涉器型模阶数转换器,其中输入/输出通道为槽式直波导,经线性锥形过渡器连接居于中心的二次锥形槽式多模波导.采用全矢量频域有限差分法详细分析了垂直槽波导的模式特性,选取电场主分量E_y得到增强的quasi-TM模作为转换器的光信号模式.对比分析了矩形结构与二次锥形结构中的周期自镜像效应,发现二次锥形结构尺寸更短、损耗更低的特点.根据自镜像效应中一阶模成像位置设计多模干涉区域长度,经线性锥形过渡器从较宽输出端口输出一阶模,从较窄输出端口输出基模,从而实现模阶数转换功能.采用三维有限时域差分法详细分析了该转换器的光波传输特性,详细讨论了器件关键结构参数的制作容差.参数优化结果表明,该转换器的多模干涉区域的尺寸为3×5μm^2时,在1.55μm工作波长下,quasi-TM基模在输出quasi-TM一阶模端口的插入损耗约为0.35 dB,输出波导间的串扰约为-16.9 dB.另外,给出了输入模场主分量在器件中的传输演变情况.

环形谐振腔GaAlAs/GaAs四端口滤波器的仿真与实验研究

基于四端口谐振腔滤波理论,采用时域有限差分法(2D FDTD)对环行谐振腔的滤波特性进行数值仿真,仿真结果给出多模干涉(MMI)耦合长度与滤波特性的关系.所制作的两种GaAlAs/GaAs平面波导环形谐振腔窄带滤波器的测试结果与仿真结果符合较好.

三维脊型光波导模斑转换器的设计和优化

在三维有限差分束传播法对脊形光波导的结构参数分析和优化的基础上,对单模光纤和脊形光波导连接耦合用模斑转换器进行了深入的研究,重点分析了影响模斑转换器性能的各种因素,如侧面边界、长度、大端宽度和厚度,以及连接光纤和模斑转换器的过渡波导的有关参数.仿真结果表明,三维锥形光波导模斑转换器大端宽度和厚度在11 5～13 5μm和4 5～6 5μm之间,且长度为200～500μm时插入损耗可低达2dB,比二维锥形光波导模斑转换器的插入损耗约减小2dB,其对横向偏移的容差也远远高于二维锥形光波导模斑转换器,合理的使用非线性边界的模斑转换器可以获得比线性边界的模斑转换器更小的插入损耗;过渡波导的宽度、芯层厚度应和三维锥形光波导模斑转换器的大端宽度和厚度一致,且其长度为150μm左右时损耗较小;另外,此类模斑转换器在减小耦合损耗的同时,还可以有效的进行光波模式的转换.

平面锥形光波导模斑转换器的研究

基于三维有限差分束传输法 (FD BPM)对平面光波导器件中的关键元件之一———平面锥形模斑转换器作了深入的研究 .对线性和数种非线性侧面边界的模斑转换器进行了数值仿真和对比 ,分析了平面锥形模斑转换器侧面边界函数对耦合损耗的影响 ,以及模斑转换器中模场分布随传输距离的变化 .确定了不同长度的平面锥形模斑转换器的最佳侧面边界 ,指出长度在 2 0 0～1 0 0 0 μm范围内具有余弦边界的平面锥形模斑转换器性能最佳 .并且发现 ,光纤中的出射光进入模斑转换器以后 ,光波模式会逐渐发生变化 。

GaAlAs/GaAs平面波导串联矩形谐振腔滤波器的研究

基于四端口谐振腔滤波理论 ,采用二维时域有限差分法 (2D -FDTD)数值仿真了矩形谐振腔的滤波特性 ,分析了串联谐振腔的个数与滤波特性的关系 ;设计和制作了GaAlAs/GaAs平面波导四串联矩形谐振腔滤波器 ,获得其滤波特性 ,测试结果通带半宽约为 1 0nm ;

基于时域法的单条形InP/InGaAsP-EAM调制器的行波电极的仿真与实验研究

行波电极(Traveling wave electrode,TW),是目前广泛采用的一种电极结构,可缩短光载波与调制信号的互作用长度,可有效避免分布电容(Contribution capacity,CR)对调制带宽的限制。基于时域法设计、分析了InP／InGaAsP-EAM调制器行波电极,并与实际制作的EAM的行波型TW进行了特征阻抗Z_c、损耗系数α对比,结果表明用时域法设计、计算的TW的特征阻抗、损耗系数与实测的结果符合的较好,特征阻抗约为45Ω,在0～20 GHz的频率范围,损耗系数α小于4 dB／mm。

应力对M-Z型InP/InGaAsP-EAM偏振相关损耗的影响

采用Agilent81910A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(DifferentialGroupDelay,DGD)表征的偏振模色散(PolarizationModeDispersion,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·

基于系统辨识的平面光波导谐振腔滤波器仿真实验研究

分别用时域有限差分仿真算法和系统辨识算法对GaAl As/GaAs单环谐振腔滤波器的滤波特性进行了仿真计算并进行了对比.结果表明:两种算法获得的滤波器的滤波特性基本一致,系统辨识算法比时域有限差分算法可节省一定的计算时间.以仿真模拟为基础,设计、制作了GaAl As/GaAs平面光波导单环谐振腔滤波器.仿真计算的滤波器滤波特性与实际器件测试结果吻合较好,通带半宽约为13nm.

Ⅲ-Ⅴ族半导体平面波导谐振腔滤波器

基于四端口谐振腔滤波理论,采用3D时域有限差分法(3D-FDTD)结合完全匹配层(PML)边界条件,对并联矩形驻波型谐振腔和并联环行行波型谐振腔滤波器进行了数值仿真和优化设计.所制作的GaAlAs/GaAs平面波导四矩形并联驻波型谐振腔滤波器、单环行波型谐振腔滤波器和三环并联行波型谐振腔滤波器的测试结果与仿真结果符合较好.

全光波长转换器噪声变换的小信号分析方法

本文利用小信号模型对基于半导体光放大器 (SOA)交叉增益调制 (XGM)波长转换器的噪声变换进行了理论分析和数据计算。结果表明 ,泵浦光功率和探测光功率的大小以及光放大器的增益对噪声变换有直接的影响。在适度的输入功率范围内 ,噪声得到有效的抑制。

基于一种渐进半软阈值函数的小波去噪

针对硬软阈值函数的不足,提出了一种渐进半软阈值函数,不仅弥补了硬阈值函数不连续性的缺陷,同时还克服软阈值函数重构信号后存在恒定偏差的缺陷,使得估计的小波系数逐渐接近于真实小波系数。通过对含噪Doppler信号的MATLAB仿真实验结果表明,与传统阈值函数和几种改进阈值函数相比,渐进半软阈值函数在去噪性能上能够获得更优的信噪比(SNR=21.443 1 dB)和均方根误差(RMSE=0.343 3),更适合于实际应用。

硅基槽波导级联多模干涉耦合器型偏振分束器

提出了一种基于硅基槽波导的级联多模干涉(MMI)耦合器型偏振分束器,由锥形及矩形结构MMI耦合器构成.级联结构使器件长度无需为两偏振模自镜像长度的公倍数,不仅能有效减小器件尺寸,而且提高设计灵活性.同时,利用槽波导的高双折射特性及MMI耦合器的锥形结构,可进一步缩短器件尺寸.分析结果表明,所提器件能够有效实现偏振束分离,两级MMI工作区总长度仅为42μm,准TE与准TM模的偏振消光比分别为29.8和31.4d B,1.55μm波长下的插入损耗分别为0.395和0.699 d B,偏振消光比大于20 d B时光带宽为43 nm,覆盖整个C波段.最后,详细分析了器件关键参数的制造误差对器件性能的影响.