用有限差分光束传输法分析过渡波导损耗

为了减小弯曲过渡波导和斜坡过渡波导的功耗,设计研究了几种过渡波导形状函数,并用有限差分光束传输法进行了模拟分析,发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在一定的条件关系,经总结给出了该条件关系表达式;并且,在分析计算不同形状过渡波导损耗的过程中,凸现出了有限差分光束传播法在光波导器件及其单元器件模拟分析中的直观性与方便性。

一种新的三维有限差分光束传输法

设计了一种简单有效的基于最佳匹配层的三维有限差分光束传输法,可以分析光束在三维广角情况下的线性与非线性传输特性。数值模拟结果证实了该算法的正确与可靠性。

有限差分光束传输法的分析

结合辐射可透边界条件,由 Maxwell 方程导出了 TE 模和 TM 模的 FD-BPM 法基本公式,通过对数值误差引起的计算损耗和传播常数的误差分析,对算法进行了评估。

三维有限差分光束传输法在AWG中的应用

文章以亥姆赫兹方程为基础,推导了三维有限差分光束传输法(FD-BPM),并在阵列波导光栅模拟计算中采用该方法对光场在阵列波导中的传输过程进行了计算和模拟。结果表明,采用三维FD-BPM可提高计算精度。另外由于三维FD-BPM对纵向步长不敏感,可通过加大步长来减少计算时间,在提高精度的同时,不影响计算时间。

改进的三维全矢量有限差分虚位移束传播法

提出了一种改进的三维全矢量有限差分虚位移束传播法,用以分析光波导承载的全矢量本征模．在纵向(z向)离散上,第一个子步采用半矢量公式,而第二个子步采用全矢量公式,但交叉项双倍计算．每个横向电场分量在两个子步中的次序交换,交叉项用隐式形式表示,计算效率高且稳定．在横向(x和y向)离散上,基于多项式插值法,建立了一种统一的差分格式,考虑了电场法向分量在芯包分界处的不连续性,可应用于均匀和非均匀网格,差分系数引入了更多邻近节点的折射率分布,且交叉项采用六点差分格式,计算精度高,程序通用性强．首先分析了高折射率分布差的矩形、GaAs/GaAlAs双异质结脊形光波导,给出了全矢量基模及次高阶模(矩形波导)的电场分布及其归一化传播常数,揭示了全矢量本征模的混合特性,验证了该方法的有效性．接着分析了InP基InGaAsP/ InGaAsP应变多量子阱脊形光波导,考虑了深刻蚀和浅刻蚀两种情形,讨论了其全矢量基模的模式特性,为设计以此为基础的光子集成回路奠定基础．

一种改进的有限差分光束传输法

改进了传统的有限差分光束传播法(FD BPM),实现了一种新的基于近似传播常数的FD BPM。该算法与传统方法相比,无论是在计算精度、收敛速度,还是在计算稳定性方面都得到了有效的提高;在传统解析求解方法失效的情况下,该方法在求解复杂折射率分布光波导的传播常数也具有较高的理论参考价值。

侧边抛磨光纤波导传输特性的理论分析

在建立侧边抛磨光纤D型光纤边界条件的基础上,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随光纤的侧边抛磨长度、光纤侧边抛磨后剩余包层的厚度、以及填充聚合物材料折射率三个参量变化的特性·结果表明,侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随着抛磨长度的增加而增大;当抛磨长度等于9mm时,光功率衰减随着剩余包层厚度的增大而单调递减.而当抛磨长度大于9mm时,剩余包层厚度小于3μm的范围内,光衰减随着剩余包层厚度的增加出现振荡;当聚合物折射率与纤芯折射率相同时,光功率衰减最大·

基于FD-BPM方法的阵列波导光栅模拟

给出了一种采用 FD- BPM方法对整个阵列波导光栅 (AWG)器件进行方便而精确地模拟的方法和一个AWG设计实例的模拟结果 ,并对模拟结果进行了分析 .

基于最小传输损耗的余弦型Y分支结构参数分析

针对余弦型Y分支光波导结构,借助有限差分光束传播方法(FD-BPM)来模拟光波的传输过程,以获得最小传输损耗对应的重要结构参数值(波导宽度、过渡区长度、分支高度)。首先根据损耗的变化趋势,确定每个参数对应最小损耗的取值区间.并确定一个联合最优区域。进而在此区域内针对实际器件提取折射率来对各参数进行详细的定量分析,逐一锁定最优参数值,波导宽度10μm、过渡区长度6mm和分支高度80μm,这组参数对应分支的损耗远低于直接转向分支。此分析方法对于Y分支的结构设计和性能有所裨益。

带抛磨过渡区的侧边抛磨光纤波导传输特性分析

根据侧边抛磨光纤实验结果,建立了带抛磨过渡区侧边抛磨光纤的三维光学波导模型,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤的光传输特性。带抛磨过渡区光纤波导模型的计算结果与实验吻合较好,此模型较好地反映了在侧边抛磨光纤中的光功率传输特性。计算分析表明,侧边抛磨区的长度对侧边抛磨光纤光传输特性有影响,但在抛磨区长度小于一定数值时,传输损耗并不随抛磨区长度的增加而单调增加。侧边抛磨光纤中,传输光由于抛磨过渡区的存在,光功率的衰减随包层剩余厚度的变化关系不是单调的,存在多值现象。侧边抛磨区覆盖物折射率对光传输特性的影响较大,特别是对光衰减影响很大。侧边抛磨区覆盖物宽度和高度的变化也使光功率传输损耗呈振荡变化。

离子交换玻璃波导1×8多模干涉光功分器的研制

利用三维有限差分光束传输法 ( 3 D-FDBPM)对渐变折射率波导中自镜象效应进行分析与模拟 ,在此基础上 ,利用 K+ -Na+ 离子交换在国产 K9光学玻璃上制作了 1× 8多模干涉( MMI)光功分器 ,测试表明 ,该器件初步实现了光均分功能 .

新型电光扫描器中光波导阵列特性研究

利用有限差分光束传输法(FD-BPM)详细研究了光波导阵列电光扫描器的核心部件—光波导阵列的传输特性和辐射特性,分析了光波导阵列结构参量对其传输特性和辐射特性的影响.研究结果表明,光波导芯层厚度、光波导阵列的周期、长度和层数对光波导阵列输出面上的光场振幅、相位分布及光波导阵列输出光束主瓣的半峰值全宽度(FWHM)影响很大.通过与其它理论研究的结果进行比较指出,FD-BPM可以很方便地、更全面地描述光波导阵列的传输和辐射特性.另外,在研究光波导阵列光束扫描的基础上,根据光波导阵列电光扫描器的扫描探测要求,提出了光波导阵列结构优化设计的原则.

新型S形光波导低弯曲损耗路径设计

为了降低光波导中的弯曲损耗,从理论上分析了光波导的弯曲损耗、过渡损耗产生的根源,并以此为依据推导出符合弯曲、过渡低损耗的5次,6次,7次,8次和9次幂函数表达式。由MATLAB和MAPLE工具软件计算可知,9次幂函数的图形曲线最圆滑,当取h=125μm,L=800μm(高分支比)时其弯曲损耗可以减小到4.57dB,与传统常用的余弦函数和反正弦函数进行比较,在相同条件下弯曲损耗有了明显的降低。结果表明,所设计的1×4光功分器优化路线,传输性能优良,分配均匀。这为以后Y分支光波导的制作有很好的指导意义。

新型波导阵列电光扫描器特性研究(英文)

利用有限差分光束传输法研究了波导耦合对波导阵列电光扫描器传输特性和扫描特性的影响.结果表明:耦合对其传输特性和扫描特性的影响明显;只有在一定条件下,对其影响才较小,可以忽略.由此可知,在设计光波导阵列结构时,考虑波导耦合效应是至关重要的.进一步,提出了描述光波导阵列电光扫描器的技术指标,并研究了该扫描器的结构优化设计问题.

MMI阵列波导光栅复用/解复用器的研制

详细分析了基于自镜像效应的 MMI DMUX器件的基本工作原理 ,在此基础上 ,在 SOI材料上完成了对 8信道 MMI DMU X的具体设计 .该器件的输入、输出单模波导采用 Soref的大截面脊形光波导理论进行优化设计 ,最后获得了当输入、输出单模波导宽度为 5 μm,SIE多模波导宽度和长度分别为 72 μm和 6 313.4μm时 ,该器件对8信道波长的隔离度均在 35 d B以上 ,且理论传输损耗 <0 .18d B.

微纳光纤偏振分束器特性研究

采用3维全矢量光束传输法研究两相邻微纳光纤的偏振耦合特性,证实利用微纳光纤偏振耦合特性能很好地实现偏振分束,构成光纤偏振分束器.在保证偏振分束性能的条件下,通过研究微纳光纤偏振分束器的几何特性对偏振分束性能的影响,优化设计了微纳光纤耦合型偏振分束器,得到耦合区的最优参数为直径0.9μm、间隙0.5μm及耦合长度218μm.结果表明,在1.55μm工作波长处分束器可实现偏振分束输出,其带宽约为10 nm,耦合区长度容差为±2μm,直径与间距容差均为-3～2 nm,偏振消光比大于15 dB.

应用变换极坐标系光束传播法研究二维圆弧波导传播特性

演绎了新式步长设置的极坐标系傍轴有限差分光束传播法(FD-BPM)理论,提出一种变换极坐标系FD-BPM思想,使精度更高,计算和分析更简便。基于这些工作,对严格圆弧形二维波导的传输特性进行了综合分析,指出光波在具有相同物理特性、不同曲率半径的波导中传输时,其导模能量与输入能量的比值存在一个极限值,不同波长的光在相同物理结构的波导中传输时,短波比长波更易于形成稳定的导模且损耗小。对S形和C形弯曲的波导计算分析发现:切变损耗的存在使S形波导比相同参数的C形波导导光性能更差,但随着曲率半径的增大,这一差距逐渐缩小,同时指出了不同曲率半径的波导相互连接呈S形或C形时的一些传输规律。对透明边界条件(TBC)对于极坐标FD-BPM的适用性做了分析讨论,认为TBC在应用傍轴极坐标系FD-BPM分析严格圆弧形二维波导时是普遍适用的,不存在反射干扰。

亚波长周期性各向异性金属薄膜的等离子体共振特性

基于各向异性模型,运用全矢量的3维时域有限差分法(FDTD),研究了在外磁场作用下,亚波长周期性各向异性金属薄膜的表面等离子体共振机制和特性,即由周期性穿孔形成的局域波导共振和由周期性结构引起的光子晶体共振效应。研究发现:当薄膜厚度一定时,两种等离子体共振模式都会随着外磁场的增大而向短波方向移动;而当外磁场一定、薄膜变厚时,周期结构因素引起的共振传输峰向长波方向转移,波导共振传输峰向短波方向转移;通过调控外加磁场的大小或方向可控制光通过金属薄膜的增强传输效应。

MMI型1.31/1.55μmGaAs波分复用/解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理 ,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的 1.31/ 1.55μm波长的GaAs/GaAlAs波分复用 /解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行优化设计 ,最后获得了当输入、输出单模波导宽为 3μm、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为 18μm和 560 2 .8μm时 ,该器件对 1.31μm和 1.55μm两个波长的隔离度均在 70dB以上 ,且传输损耗小于 0 .1dB。

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。