基于Bragg光栅的超高消光比SOI波导偏振器设计

波导偏振器是片上集成相干光学系统中的关键器件之一,超高消光比、低损耗、紧凑型波导偏振器的设计一直是研究的热点。基于绝缘体上硅平台的倾斜Bragg光栅被用于实现超高消光比波导偏振器结构。利用一维光子晶体能带理论分别计算TE和TM模式光的能带结构分布,选择TE模式禁带与TM导带重叠带隙设计光栅,可实现TM模式低损传输,而TE模式被Bragg光栅高效反射,从而产生超高偏振消光比。3D FDTD仿真表明:16 μm倾斜Bragg光栅波导偏振器可在中心波长1550 nm附近70 nm的带宽内,实现大于37 dB的超高消光比,器件的损耗小于0.64 dB;进一步增加光栅周期数,当长度为25 μm时,消光比可提高至46 dB。Bragg光栅倾斜角与刻蚀宽度偏差仿真表明:设计的结构加工误差容限较大,同时该结构仅需一次曝光刻蚀,工艺流程简单。     

基于电光聚合物材料的光圆偏振调制器的研制

设计并研制了基于电光聚合物光波导的光圆偏振调制器(CPM)。所研制器件的TE TM偏振模式均衡器部分能够实现TE模与TM模间90%的偏振转换效率,这为器件输出光波的偏振分量均衡提供了相当大的调节范围。在均衡了波导中TE模与TM模的基础上,实验表明,器件的TE TM相位差调制器部分实现了很好的光波圆偏振调制输出特性。所测得的输出线偏振光中,45°与-45°斜角方向偏振分量的消光比大于25dB。基于接触式电极化法所获得的电光特性,TE TM偏振模式均衡器部分的偏振转换周期电压约为230V,TE TM相位差调制器部分的调制特性曲线周期约为192V。     

基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器

利用有限元方法和时域有限差分方法,优化设计了一种结构紧凑的基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器。考虑到方向耦合器的波导间隙较小时制作工艺较为困难,且模式失配会引入一些损耗,因此波导间隙取约100nm较为合适。通过优化脊型纳米线光波导的几何尺寸(脊高和脊宽)、耦合区波导间隙,使得偏振分束器长度最短。数值计算结果表明经过优化的偏振分束器最短长度大约为17.3μm,偏振分束器的消光比大于15dB时,波导宽度制作容差为-20～10nm,带宽约为50nm。     

硅基二氧化硅保偏光波导起偏器的设计

利用平面波导结构中的双折射效应并结合模式理论,设计了一种新型SiO2/Si基的保偏波导起偏器,使得两个正交偏振模式中的TM模式被截止,TE模式可以通过.利用三维有限差分光束传输法(3D FD-BPM)进行数值模拟,结果显示,当入射波长为1.55μm,器件长度为8mm时,起偏器的消光比可高达到50dB以上.在不增加工艺复杂度的前提下,采用这种光波导的结构可以直接制作起偏器,同时还可以方便地与其他平面波导器件集成.     

硅基二氧化硅保偏光波导起偏器的设计

利用平面波导结构中的双折射效应并结合模式理论,设计了一种新型Si O2 / Si基的保偏波导起偏器,使得两个正交偏振模式中的TM模式被截止,TE模式可以通过.利用三维有限差分光束传输法(3D FD- BPM)进行数值模拟,结果显示,当入射波长为1.5 5 μm,器件长度为8mm时,起偏器的消光比可高达到5 0 d B以上.在不增加工艺复杂度的前提下,采用这种光波导的结构可以直接制作起偏器,同时还可以方便地与其他平面波导器件集成.     

飞秒激光刻写z切LiNbO3晶体形成通道光波导

在z切LiNbO3晶体上进行飞秒激光刻写通道光波导的实验研究.利用光学显微镜研究了光波导的微观结构;在633 nm波长下,端面耦合得到光波导的近场光强分布,波导区为飞秒激光聚焦的区域,TE和TM偏振下都形成了光波导模.研究了激光扫描速度和脉冲能量对刻写质量的影响,结果发现,激光脉冲能量在2.0μJ左右、扫描速度在0.6...     

基于有效折射率法的多层光波导模式数值分析

文章针对具有实际使用价值的多层光波导计算了有损耗波导准横电(Quasi-TE)模、准横磁(Quasi-TM)模有效折射率与横电/横磁(TE/TM)模电磁场曲线分布。计算了6层损耗波导TE/TM模式，分析了多层波导模式的有效射折率和电磁场曲线分布与波导结构的内在关系，并且利用有效折射率法完成Quasi-TE/TM模式的有效折射率计算，得到了TM模式有效折射率与模式阶数非单调递减、损耗波导模式更为丰富等结论。文章的研究工作可以为实际光波导器件设计、制作及应用提供理论基础。     

基于两次衰减全反射结构的激光偏振控制器

为了实现激光偏振态的控制和提高两偏振态消光比,用由各向异性材料加工而成的耦合棱镜并采用两次衰减全反射方法,使具有相同入射角的TE和TM偏振态的共振激发条件不同,即当TE偏振态满足共振激发条件能量耦合进波导时,TM偏振态却不满足共振激发条件而被反射来实现其在空间上的分离.同时将电光系数较大、光学性能和热稳定性好的聚合物材料作为波导层,利用其电光效应来改变共振条件来实现输出光束偏振态的调谐.结果表明,反射型结构插入损耗小于0.2dB,器件的消光比高达27dB,驱动电压为19V.该方案预计在光信息存储、光路由、光开光以及图像处理等光学系统里有着极其广泛的应用.     

新型质子交换扩钛波导TM模偏振器特性分析

提出将质子交换区域做在扩钛LiNbO3光波导两侧邻近区域来获得TM模光波导偏振器的方案.用二维BPM分析计算了质子交换区域的长度、宽度等参数对器件消光比的影响,给出了数值分析结果,并得到了偏振消光比优于51dB的实验结果.     

法拉第磁光波导的耦合模分析

利用法拉第磁光效应可以设计光纤磁场传感器。在磁场传感过程中，磁光晶体薄膜波导的TE模和TM模式之间将发生转换，：其转换效率与磁光晶体的法拉第旋转角度和双折射有关。本文建立了磁光波导的耦合模方程，分析了磁光波导中的TE—TM模转换，提出了通过减小线性双折射和增大法拉第旋转角来提高TE—TM模耦合效率的措施，这些措施有利于增大光束TM模的输出功率并提高光纤磁场传感器的灵敏度。     

Design of three-dimensional silica on a silicon single-mode single-polarization waveguide

We present a design of three-dimensional(3D) silica on a silicon single-mode single-polarization waveguide (SMSPW) by taking into consideration the induced birefringence effect of the silica.This can cut off the TM mode and transmit the TE mode.The characteristics of the light propagating across the polarization maintaining waveguide were simulated by 3D beam propagation methods(3D-BPM).The result showed that the SMSPW has a high extinction ratio over 50 dB for the TM mode.Without increasing the complexi...     

平面金属光子晶体波导宽度对导行模的影响

本文用频域有限差分法计算平面正方排列金属光子晶体的TM 模全域带隙图,结果表明当填充比大于0.11 是一 值时会出现多个禁带,适当的引入线缺陷可分别在这些带隙中引入缺陷模,形成光子晶体波导,光子晶体波导支持的电 磁波模式和通道宽度有着密切的关系,通过调节缺陷宽度可以实现单模传输并使单模传输带宽最大化。     

色散对圆柱形光子晶体波导传输模式的影响

利用材料的色散关系和特征矩阵法研究了一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波模式禁带的变化特征,得出了TE波和TM波模式禁带随色散强度、色散厚度的变化规律.色散强度和色散厚度都会对一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波的模式禁带产生影响.利用TE波和TM模式禁带随色散强度、色散厚度的变化规律,可实现对一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波各传输模式的有效控制.     

对称单负材料平面波导的波导模

基于经典电磁理论建立了芯层为单负材料的对称三层平板波导的导波方程,采用图解法研究了该波导中的TE和TM波导模,分析了TE波导模和TM波导模会受波导参数μ1/μ2和R的影响,给出TE模和TM模解的横向场分布图.结果显示,在单负材料的对称三层平板波导中只存在慢波导模,TE慢波模只能在磁负材料中传播,TM慢波模只能在电负材料...     

Improved 8×8 integrated optical matrix switch usingsilica-based planar lightwave circuits

An improved 8×8 optical matrix switch was fabricated using silica-based planar lightwave circuits (PLCs) on a silicon substrate. Three improvements were made. First, the waveguide material was changed from titanium-doped silica (SiO₂₂-TiO₂) to germanium-doped silica (SiO₂₂-GeO₂) to reduce propagation loss. Second, offset driving powers were supplied to every switch unit to realize high extinction ratios. Third, the dummy switch units were modified to suppress the crosstalk through these units. The average insertion loss of the fabricated device was 3.81 db in the TE mode and 3.82 dB in the TM mode. The average extinction ratio of the switch units was 25.3 dB in the TE mode and 22.3 dB in the TM mode. The accumulated crosstalk was estimated to be less than -14 dB in the TE mode and -11 dB in the TM mode. The average driving power of the phase shifter in the on-state was 0.54 W in the TE mode and 0.52 W in the TM mode. The switching response time was 1.3 ms. The packaged 8×8 matrix switch with additional fiber-waveguide coupling loss of 2.7 dB was successfully employed in photonic multimedia switching and photonic inter-module connector system experiments     

Analysis of TE/TM mode selectivity in DFB lasers with a phase-shift region

In phase-shift distributed feedback (DFB) lasers, there is limited suppression of the TM mode despite extremely large submode suppressibility. The TE/TM mode selectivity of a DFB laser structure with a nonuniform waveguide region as the phase shifter is analyzed. Calculations of the threshold gain difference between the TE and TM modes are performed using the effective index method and the coupled-wave theory. It is found that the TM mode suppressibility can be doubled by optimizing the dimensions of the phase-shift region. This structure overcomes the TM mode problem.<>     

声光可调谐滤波器（AOTF）之模分离器的研究及设计

声光可调谐滤波器的设计关键是它的各个模块,包括光波导、模分离器、声波导和叉指换能器的参数设计。采用BPM方法计算了模分离器中对称模和非对称模的相位差,得到了TE模具有100%的转换率,而TM模的转换率为0时所对应的中央耦合部分长度Lc和分叉角θ之间的关系曲线。从该曲线可以得到同时满足TE模叉通和TM模直通条件的Lc和θ。最后,再次利用BPM这一工具,对所设计的模分离器进行了性能分析。     

A TE/TM modal solution for rectangular hard waveguides

A TE/TM modal solution for a longitudinally corrugated rectangular waveguide is developed. These longitudinal corrugations can be used to excite a quasi-TEM wave and form a hard waveguide by correctly choosing the impedance at the guide wall. The correctly chosen impedance is referred to as the hard boundary condition. The modal solution developed here solves the problem of longitudinal corrugations filled with a dielectric material by first finding and solving the characteristic equation for a complete TE/TM modal set. It is shown that this TE/TM mode solution can be used to achieve the hard boundary condition resulting in the quasi-TEM wave in a hard waveguide for discrete values of corrugation depth. Beyond each of these depths, a mode becomes a surface wave. The theoretical mode set is amenable to the solution of problems using the mode-matching method. A combination of the mode-matching method and the TE/TM modal solution will allow the solution of larger problems.     

1维方形掺杂光子晶体波导中缺陷模的色散特性

为了研究1维方形掺杂光子晶体波导中缺陷模的色散,采用特征矩阵的方法研究了1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波缺陷模的变化特征,得到了TE波和TM波的缺陷模随色散强度、色散厚度变化的结果。结果表明,色散强度和色散厚度都会对1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波的缺陷模产生明显的影响;利用TE波和TM波的缺陷模随色散强度、色散厚度的变化规律,可以有效地实现对1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波各传输模式的有效控制。     

SiON对Si基SiO_2AWG偏振补偿的数值分析

采用全矢量交替方向隐含迭代方法系统分析了高折射率 Si ON薄膜对 Si基 Si O2 阵列波导光栅中波导应力双折射的影响 .分析结果表明在芯区上或下表面沉积 Si ON薄膜可以明显减小 Si基 Si O2 阵列波导光栅 (AWG)中波导的应力双折射 ,但这两种补偿方法容易使模场偏移中心位置 ,不利于波导与光纤的耦合 .理想的补偿方法是在芯区上下同时补偿 ,可减小模场偏移 ,并用该方法设计了偏振无关的 1 6通道 AWG.