基于有限差分束传播法的Mach-Zehnder型波导电光调制器的模拟设计

针对掺钛铌酸锂ＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ型波导电光调制器的结构及折射率分布，运用有限差分束传播方法（ＦＤＢＰＭ）进行模拟计算，取得了二维情况下的最佳设计尺寸在此基础上，把所得的设计结果与原有的用快速傅里叶束传播方法（ＦＦＴＢＰＭ）所得的结果进行比较和分析结果显示，运用有限差分束传播方法不仅取得了预期的结果，而且，这种方法比原有的快速傅里叶束传播方法更快捷和方便。

新型1×N多模干涉分束器的三维设计与模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉(Mult-Mode Interference ,MMI)分束器设计,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件.它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式,器件尺寸减小,且不均匀性与附加损耗也减小.以1×4的对称型MMI分束器为例,当只对干涉区采用倒锥形结构后,在TE偏振中心波长为1 .55μm时,器件长度减小了500μm,均匀性增加了0.131 dB,而附加损耗仅增加了0 .02 dB,波长响应较传统设计增加了40 nm.在此基础上,又在输入输出臂上也各增加倒锥形结构后,相比于传统设计附加损耗减小了0 .02 dB,均匀性增加了0 .139 dB,器件长度减小了500μm.改进后的器件具有优越的容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.

一种新型多模干涉分束器的设计模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉(MMI)分束器,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件,它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式。以1×4的对称型MMI分束器为例,在输入输出臂上各增加了倒锥形结构后,较传统设计附加损耗减小了0．02 dB,均匀性增加了0．139 dB,器件长度减小了500μm。同时,改进后的器件具有优越的偏振相关性及客差性。器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值。

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布,将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发,结合透明边界条件,采用C rank-N icho lson差分格式,得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明,有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M-Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点,为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。

聚合物Mach-Zehnder脊形波导的优化设计

利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布,计算结果表明,该方法计算量小,精度高,为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析,得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系,优化得到的结构参数为:Y分支角1.1°,脊宽5μm,波导间距20μm。

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 。

有机聚合物S形脊波导的弯曲损耗研究

利用广角有限差分束传播法和有效折射率法研究了S形脊波导圆弧曲率半径与弯曲损耗的关系,得出了如下结论:当圆弧曲率半径大于5000μm后,即使波导曲率半径增大,波导的弯曲辐射损耗已不会再明显减小,光已可以在S形脊波导中稳定地传播了。

聚合物Y分支波导的TM模分析

本文利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布,将三维光波场传播问题简化为二维问题;从导模满足的标量波动方程出发,结合透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的基本方程。对Y分支波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,得出了优化的结构参数:Y分支角α=1.1°,脊宽W=5μm,波导间距G=20μm。

BPMF-SRM混合法分析SOI脊形波导与光纤耦合

摘用束传播 自由空间辐射模 (BPM F-SRM)混合法计算了SOI脊形波导和光纤耦合时的透射率,提出计算反射率的积分公式 将该混合法和一般FSRM、菲涅尔公式 重叠积分法的计算结果相比较,提出只有在弱导条件下,传统的菲涅尔公式法和重叠积分法才可以同时使用.

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 .

多模光纤光栅中新型的光波传输分析法

提出一种新型的分析多模光纤光栅的准三维时域有限差分束传播法(Q-3D-FDTD-BPM).在圆柱坐标系下将场在角向分量的解析式分离出来,使三维方程变为若干个二维方程求解,从而简化了三维离散化方程.同时使用综合道格拉斯(GD)法和交替隐向迭代法(ADIM),获得比中心差分算子高两个数量级的空间离散精度.然后根据场强加权转换方案,加权综合各子方程解,从而得到多模光纤中三维场解.基于这种方法,模拟多模光纤光栅中场分布,得到与实验结果多模式特性基本一致的光栅传输光谱图.

光纤与有机聚合物脊形波导的耦合损耗分析

光纤与有机聚合物脊形波导的耦合是有机聚合物波导器件封装中关键的一步,它直接影响器件的插入损耗。本文利用广角有限差分束传播法和有效折射率法对光纤与有机聚合物脊形波导的耦合损耗进行分析,得出了如下结论:1)耦合损耗随着错位、间隙、夹角的增大而增大;2)因错位而引起的耦合损耗在所有耦合损耗中占有主要位置。

集成光学器件及应用

TN256 97031819第七届欧洲集成光学会议述评=Review on the 7thEuropean Conference on Integrated Optics[刊,中]/彭吉虎(清华大学电子工程系.北京(100084))//光子学报.—1996,25(Z1).-31-34介绍集成光学的新进展及发展趋势。(严兰)TN256 97031820Si电光调制器与GeSi/Si异质结探测器的集成=Inte-

硅基二氧化硅偏振分束器的设计及误差分析

设计了一种非对称臂马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型硅基二氧化硅偏振分束器(PBS),在1535~1565nm波长范围内,其偏振消光比大于20dB,插入损耗大于-0.5dB。采用有限差分-束传播法(FD-BPM)进行误差分析,分别计算了多模波导的宽度和长度以及非对称臂的宽度和长度误差对偏振分束器性能的影响。仿真结果表明,多模波导长度和非对称臂长度误差分别小于±2μm和±4μm时,偏振分束器的消光比和插入损耗仍能保持较好的结果;而要保持20dB以上的偏振消光比,多模波导宽度误差应小于±500nm,非对称臂宽度误差应小于±4nm(宽臂)和±2.5nm(窄臂)。非对称臂宽度对工艺的要求比较高,拟利用热光效应改变波导折射率来补偿波导尺寸变化引起的相位误差,以便下一步制备出高性能的硅基二氧化硅偏振分束器。

OPTIMAL DESIGN OF SMART ANTENNA ARRAY

This letter investigates an efficient design procedure integrating the Genetic Algorithm (GA) with the Finite Difference Time Domain (FDTD) for the fast optimal design of Smart Antenna Arrays (SAA). The FDTD is used to analyze SAA with mutual coupling. Then,on the basis of the Maximal Signal to Noise Ratio (MSNR) criteria, the GA is applied to the optimization of weighting elements and structure of SAA. Finally, the effectiveness of the analysis is evaluated by experimental antenna arrays.

聚合物电光调制器中马赫-曾德尔波导的算子展开法分析

利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布,将三维光传播问题简化为二维问题;从导模满足的标量波动方程出发,采用慢变包络和傍轴近似,得出传播光场满足的单步传输约束关系;运用微分算子的级数展开得到相应的递归公式,考虑微分算子的差分近似得出基本的计算格式;运用对称矩阵的相似变换对算子展开法进行加速处理。在此基础上,对马赫-曾德尔(M-Z)型光波导中TM模的传播特性进行理论分析,研究了脊宽、分支角等结构参数对插入损耗的影响。研究表明,算子展开束传播法可以较好地解决聚合物脊形M-Z波导的理论分析和设计问题。该方法精度高、计算量小,为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。

聚合物S形脊波导的优化设计

首先利用变分有效折射率法对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.然后利用广角有限差分束传播法和有效折射率法研究了S形脊波导圆弧曲率半径与弯曲损耗的关系,得出了如下结论:当圆弧曲率半径大于5000μm后,即使波导曲率半径增大,波导的弯曲辐射损耗已不会再明显减小,光已可以在S形脊波导中稳定地传播了.

2bit光波导模数转换器的模拟设计

采用有限差分束传输法对2bit集成光学模数(A/D)转换器的波导结构进行了模拟分析与设计,采用保角变换方法对M Z调制器的电极参数进行分析与设计,得到优化参数为:带宽Δf=1.3GHz,半波电压Vπ=4V,传输损耗为0.0172dB/cm。

基于非对称脊波导的多种聚合物弯波导性能分析

以缩短马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导为目的,将有机聚合物非对称结构的脊波导应用于S弯波导中。采用半矢量有限差分光束传输分析法,系统地分析了不同参数下采用非对称脊波导的三种常见弯波导,即正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导的TM00光场传输损耗,并与采用对称脊波导的结构相比较。研究表明,在芯层厚度h=1.5μm、脊高为0.3μm、脊宽w=4μm、分支高度G=11μm的情况下,当脊波导短边芯层平板宽度s≥2μm时,在相同传输损耗条件下,正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导长度分别可减少40%、30%和25%,该结果对有机聚合物M-Z调制器中分支波导的设计具有一定的参考价值。

基于渐变折射率光纤的激光器高效耦合方法

针对半导体激光二极管(LD)与单模尾纤(SMF)的耦合问题,提出了一种基于渐变折射率光纤(GIF)的耦合机制。GIF被设计为SMF的前端耦合部分,采用大芯径以匹配LD输出远场分布,椭圆形的纤芯形状可有效匹配LD椭圆输出光束,并实现有效聚焦与控制。基于有限差分束传播法对耦合过程进行的理论分析表明,采用该方法功率耦合效率可达到88%,1dB插入损耗对应的GIF长度容差为75μm,长轴与短轴方向的横向偏移容差分别为28μm和10μm。该方案对高功率LD耦合单模光纤设计有一定的参考价值。