利用美国教学模式改进工程硕士课程教学的探讨

工程教育的国际化对学生解决实际问题的能力提出了更高的要求。笔者和俄勒冈理工学院合作开设精益生产的全英文硕士生课程。利用美国工程教学方法,模拟美国课堂环境,从教学方式、课程试点、教学目标、教学策略等方面对工程硕士课程的教学模式进行了探讨和改进,以提高教学质量,培养具有国际意识、通晓国际规则、适应国际环境的高层次工程人才。

二维三角晶格光子晶体波导的出射光集束传播

为了解决光子晶体波导出射端光场控制,同时解决二维三角晶格光子晶体波导出射光辐射困难的问题。利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔,通过光波与微腔发生共振,形成类似于三个点光源干涉的出射光,同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计,利用时域有限差分法分析结果表明光波实现很好的定向辐射,并且辐射距离显著提高。

L型阵列探测器合成功率研究与设计

针对行波探测器阵列只能合成输出功率而不能同时提高工作带宽的现状,基于m推演型滤波电路原理,提出了一种新的L型阵列探测器,即通过在光电二极管之间串联电容减少结电容对截止频率的影响,再与两个电感串联形成单个阵列单元,然后将单个阵列单元级联构成全新的L型滤波器电路结构。结果表明,L型探测器阵列能够对射频输出信号进行功率合成,同时工作带宽提高至67GHz,相较于传统光电探测器,工作带宽提高两倍。通过增加级联光电二极管的数量,可以持续增大输出功率,同时L型探测器阵列的推演方法可根据实际需求灵活设计出期望的光电探测器,为未来大带宽、高功率的光电探测器设计提供理论基础。

水平面距离与水准面距离的归算

随着距离观测值精度的不断提高,“水平”的定义有必要重新考虑。在许多应用中,水平距离是利用竖直角按斜距的直角三角形分量而求得的。由于铅垂线收敛于地心附近以及水平面与水准面二者的不同,如不进行正确的归算,则所测斜距的精确性便会丧失。本文探讨了斜距归算的几何图形,并描述了如何根据两种观测图形求得水平面和水准面距离,其一是斜距加端点高程,其二是斜距加天顶(竖直)角。对垂直折光差也进行了讨论。文中表格揭示了水平面距离与水准面距离的相似之处以及他们与相同斜距的直角三角形分量的不同之处。两张曲线图则帮助读者判定忽略铅垂线收敛引起的系统误差是否显著。文章最后介绍了水平距离向海平面的归算问题。

基于波导与环形腔耦合的多通道光子晶体滤波器

为了解决传统滤波器尺寸大、滤波性能差的问题,本文基于光子晶体线缺陷波导和环形谐振腔的耦合原理,设计了一种新型的多通道光子晶体滤波器。利用平面波展开法和时域有限差分法分别对滤波器的结构和传输特性进行了分析,结果表明:该结构滤波器具有优异的选频功能,可以实现1.5717μm、1.5834μm、1.5084μm、1.5195μm的多波长输出,各通道的透射率均达95%以上。由此可见,该滤波器的滤波性能优异,可以满足未来对滤波器高集成度和高效率的信号处理要求,在光通信领域中具有广阔的应用前景。

新型光子晶体四通道滤波器研究与设计

基于光子晶体环形腔缺陷与线缺陷波导之间的共振耦合原理,设计了一种由新型环形腔和主波导组成的四通道二维三角晶格光子晶体滤波器。运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波在整合结构中的传输特性,并进一步讨论环形滤波器内的内部介质柱半径大小对滤波器传输特性的影响。结果表明:新改进环形的滤波器传输效率达到80%左右。通过实验,选取内部介质柱半径在0.44R~0.53R时,其传输效率达到85%以上,并进一步选取内部介质柱半径为0.46R,0.47R,048R,0.52R制作四通道滤波器,实现了波长为1646.9 nm,1647.7 nm,1648.5 nm,1652.3 nm四信道波分复用,其传输效率均在92%以上,半峰宽高小于6.0 nm。由于滤波器传输效率高,窄带特性良好,所以适用于光器件集成。

基于多模干涉的二维三角晶格光子晶体分束器

光分束器光接入系统的核心器件,是光子多功能设备和系统的关键构成模块,为满足急速增长的数据通信业务对光分束器的需求,本文在完整三角晶格光子晶体中引入五条平行光子晶体波导组成多模干涉系统,利用自成像效应的多模波导与微腔耦合,提出了一种新型二维三角晶格光子晶体四端口分束器。利用时域有限差分法进行仿真分析,结果表明:在一定范围内通过改变输出端四个耦合微腔内的介质柱半径,可以保证在分束器拥有较高的透射率的同时,且能实现输出能量的均分或在一定范围内的自由分配。

基于表面波调制的二维三角晶格光子晶体定向辐射

光子晶体是高集成光通信研究的热门研究对象,广泛应用于全反射镜、滤波器、波导等方面。为解决二维三角晶格光子晶体波导出射端的光场控制问题,本文基于表面波调制的概念提出了一种二维三角晶格光子晶体定向辐射的结构。该结构由X方向10层、Z方向29层圆形介质柱周期排列而成,在Z=0上引入线缺陷形成波导。为了获得出射光高定向性,在波导出射端表面引入一列类似微腔的结构,其表面层介质柱相对微腔结构表面层介质柱偏离0.35a(a为晶格常数)并且半径是其它介质柱半径的1.3倍。时域有限差分法分析结果表明,该结构具有很好的定向性,辐射距离约为61.5μm,该辐射距离约为单波导出射端结构的4倍,并且辐射发散角度很小。

新型行波光电探测器阵列的设计与仿真

为解决传统行波光电探测器阵列仅能提高输出功率却不能同时提高工作带宽的问题,借鉴椭圆函数低通滤波器的设计原理,提出了一种高性能行波光电探测器阵列新结构。即将两个光电二极管级联后与待设计的滤波电路进行组合形成单个阵列单元,然后把单个阵列单元进行有效级联构成新型行波光电探测器阵列。文章对比分析了新旧行波光电探测器阵列在工作带宽、合成效率、回波损耗3个方面的性能情况。实验结果表明,新型行波光电探测器阵列在合成射频信号输出功率的同时,工作带宽提高至62.5 GHz,是传统行波光电探测器阵列工作带宽的2倍,并且降低了寄生参数带来的影响,性能更加优越。此外,新型行波光电探测器阵列的设计方法可以根据实际设计需求进行调整,设计步骤简练,满足各种工作方式的光电转换需求。