PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

硅包层质子交换条形光波导的频率响应

退火质子交换工艺已成为一种制备低损耗铌酸锂光波导的重要技术.但目前对该类光波导传输特性的研究还不多.利用半矢量光束传播法,对硅包层X切退火质子交换铌酸锂条形光波导的频率响应特性进行了数值分析.给出了几种波导结构参数下的计算结果.结果表明,波导传输模式的衰减特性与波长相关.波导的衰减特性,可以通过调整波导表面中心处折射率增量,硅包层厚度,及缓冲层的折射率和厚度来控制.硅包层光波导可以用来制作光频滤波器.     

平面阵列光学波导模式特性及其光强传输分析

分析了平面阵列波导的模式特性.其导波模式为周期性调幅的平面波(Bloch波).阵列波导输入/输出波导结构是影响其传输特性的重要因素.采用扇形过渡波导结构以提高阵列波导输入/输出端口芯区宽度与波导周期宽度的比值,可降低阵列波导光强的传递损耗.并可改善布里渊区入射/出射波的损耗非均匀性.采用低折射率差的波导芯区/包层结构可降低波导对光波的限制,提高光强的传输效率.     

平面阵列光学波导模式特性及其光强传输分析

分析了平面阵列波导的模式特性.其导波模式为周期性调幅的平面波(Bloch波).阵列波导输入/输出波导结构是影响其传输特性的重要因素.采用扇形过渡波导结构以提高阵列波导输入/输出端口芯区宽度与波导周期宽度的比值,可降低阵列波导光强的传递损耗.并可改善布里渊区入射/出射波的损耗非均匀性.采用低折射率差的波导芯区/包层结构可降低波导对光波的限制,提高光强的传输效率     

聚合物脊形光波导设计

用5层非对称平面波导理论和等效折射率法(ERIM)分析了金属电极对聚合物脊形光波导横向模式特性及其传输损耗的影响。计算结果表明：在工作波长1．55μm波段,当常规脊形光波导的芯层厚度大于0．8μm、包层厚度大于3．0μm时,才能保证传输损耗的理论极限小于0．1dB／cm;当脊波导刻蚀深度为0.l一0．2μm、对应脊波导宽度为7—5μm时,可满足脊波导横向单模传输。     

Si基槽型光波导的传输特性分析和传输损耗的测量

对Si基槽型(slot)光波导的传输特性进行了研究。 采用三 维时域有限差分(3D-FDTD)法研究了芯层中的光功率与波导槽型宽度及Si条带宽度之间的关 系,结果显示,槽型光波导具有很好的光功率约束效率,可以达到30%以上; 分析了光功率的变化规律及其优化,综合考虑光功率和光功率密度确定波导结构参数,实现 最佳光功率分 布,横向光功率分布沿x轴方向具有很好的约束效果,沿y轴方向呈现高斯分布;分析了底部Si薄层对光 功率的影响,100nm的底部Si薄层使得芯层的光功率下降50%,减小 底部Si薄层厚度有利于光功率约束效 率的提高;采用电子束刻写(EBL)技术和等离子刻蚀(ICP)技术制备了Si基槽型光波导,实验 研究了其传输损耗,结果显示,槽型光波导具有较低的传输损耗,达到13.5dB/cm。     

光波导传输损耗测量新方法

详细介绍了一种测量光波导传输损耗的匹配液测量法.通过将波导插入折射率高于波导芯层的液体将光线耦合出波导,获得波导传输线上各点实际通过的光强,拟合出光强传输衰减曲线.与传统测量方法相比,本方法可对波导进行重复性测量,尤其适用于传输损耗低于0.1 dB/cm光波导的测量.     

基于新型光子晶体光纤近红外波段的传感特性

利用有限元方法研究了八边形包层结构的光子晶体光纤的光学特性,并结合填充技术具体分析了光流体折射率对数值孔径、有效模场面积等参数的影响。通过在直波导中填充光学流体,可明显降低限制损耗,且在波长1.56μm处的限制损耗为0.00172 dB·m~(-1),色散参数为0.00018 ps·THz~(-1)·cm~(-2),相对灵敏度达66%。该八边形包层结构在宽波长范围内能够实现低色散的光信号传输,同时为高灵敏度的气体传感检测提供了新方案。     

聚合物/SiO2混合波导2×2热光开关的制备与测试

利用聚合物材料SU-8作为芯层、聚合物材料PMMA作为上包层、无机材料SiO2作为下包层,设计并制备了一种有机/无机混合波导2×2定向耦合-马赫曾德尔(DC-MZI)热光开关。为了保证波导中的单模传输、减小模式辐射和衬底泄露损耗、缩短响应时间并降低器件功耗,对其结构参数做了优化。利用涂膜、湿法刻蚀等工艺制备了器件样品。在1 550nm波长下,器件的交叉态和直通态的驱动功率分别为0和7.8mW(开关功率为7.8mW),交叉态和直通态的两端口串扰分别为-9dB和-12.8dB。在方波驱动电压信号作用下,测得器件交叉端口的上升时间和下降时间分别为138μs和136μs,直通端口的上升时间和下降时间分别为63μs和140μs。制备的混合结构器件综合利用了芯层聚合物材料热光系数大、上/下缓冲层厚度均较小以及Si/SiO2导热系数大的优点,因此同时具备了较低的功耗和较快的响应时间,在低功耗、快速光通信系统中具有较好的应用前景。     

低功耗有机/无机混合结构热光开关的研制

利用聚合物材料SU-8作为芯层、聚合物材料PMMA作为上包层和无机材料SiO2作为下包层,设计并研制了一种有机/无机混合结构的Mach-Zehnder干涉(MZI)热光(TO)开关。为了保证波导中的单模传输、减小模式辐射损耗和衬底泄露损耗、缩短响应时间并降低器件功耗,对其结构参数做了优化。利用化学气相沉积(CVD)、涂膜和湿法刻蚀等工艺制备了器件样品。在1 550nm工作波长下,器件的开和关状态的驱动功率分别为0和13mW(开关功率为13mW),开和关状态间的消光比为18.3dB。在方波驱动电压信号作用下,测得器件的上升和下降时间分别为126和134μs。与无机材料Si/SiO2和全聚合物材料研制的TO开关相比,本文研制的混合结构器件综合利用了芯层聚合物材料热光系数大、上/下缓冲层厚度均较小以及Si/SiO2导热系数大的优点,因此同时具备了较低的功耗和较快的响应时间,在光通信系统中具有较好的应用前景。     

Effects of the Film Index on the Fields of Nonlinear-Cladding Optical Waveguides With Butt-Coupled Linear Waveguides

Effects of the film index of nonlinear-cladding optical waveguides on the evolution of fields at medium power levels are investigated numerically. The analysis method is based on mode matching of local normal modes of bounded waveguides. For waveguides with a film whose refractive index is greater than or nearly equal to the linear part of the index of the nonlinear cladding, the path of a beam winds between the film and the nonlinear cladding or in the film. In the case of a film index that is to some extent less than the linear part index of the nonlinear cladding, a beam is emitted to the nonlinear cladding, i.e., spatial soliton emission occurs. The lateral shift of a butt-coupled linear waveguide toward the substrate makes a beam emit to the nonlinear cladding with increased angles. Saturation and linear absorption weakens the winding of a path or decreases the angle of emission.     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

TM-pass glass waveguide polariser with periodic multilayer claddingoverlaid with isotropic dielectric media

A novel TM-pass waveguide polariser, the cladding of which consists of a periodic dielectric multilayer overlaid with a fully-thick isotropic dielectric layer with a higher refractive index, is proposed for integrated optics formed on a glass substrate. As the periodic multilayer is used as birefringent media, it seems that the proposed waveguide polariser becomes more compact and stable, and cheaper, compared with a hybrid waveguide polariser using birefringent crystal as the cladding. TM-pass waveguide polarisers using alumina-silica periodic multilayers thinner than 20 μm have been designed. It has been theoretically confirmed that an extinction ratio of ⩾20 dB and insertion loss of ⩽0.001 dB can be achieved     

非线性包层多量子阱波导的TE波：方均根近似法

本文给出了用以分析非线性包层多量子阱波导的ＴＥ模光学非线性与双稳性的方均根近似法，导出了理论公式及其计算方法。与精确分析法相比较，方均根近似法的计算大为简化，数值计算表明，当芯区的多量子层达到一定数目时，方均根近似法与精确分析法的分析结果相当符合。     

非线性包层矩形波导基模的均匀芯区场

通过对芯片为线性、介质包层为非线性自聚焦Kerr介质的埋入型矩形波导的理论分析和数值计算表明：当模折射等于芯片折射率时,E00^y模芯区的场呈现等振幅的均匀分布四周包层的场则急剧衰减;在模折射率分别小于和大于芯片折射率时,E00^y模芯区场分布分别成为上凸和下凹的曲面。     

光纤布拉格光栅的折射率传感研究

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化(传感灵敏度)越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9 μm时,折射率的检测范围为1.3872~1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。     

Planar silica-glass optical waveguides with thermally inducedlateral mode confinement

A new type of planar silica-glass optical waveguide is proposed utilizing the thermo-optic effect of glass. The vertical mode-field confinement is defined by the core slab sandwiched between the upper and lower claddings while the lateral confinement is achieved due to localized increase of refractive index induced by the thin-film heater placed on the upper cladding. An analytical expression of the steady-state temperature distribution across the waveguide cross-section is derived and the induced mode-field characteristics are analyzed by solving the vector-wave equation using the mode-matching method. Mode propagation losses due to the metallic heater and the leakage into the silicon substrate are both calculated. The bending loss of this thermally induced waveguide is also analyzed for future device implementation using this waveguide     

基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究

基于狭缝波导结构,设计了工作波长在890 nm的聚合物基微环。从折射率传感的角度详细分析了狭缝波导的模场特性。分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响。传统的狭缝波导具有较高的弯曲损耗,这会影响微环谐振器的品质因子Q以及消光比。设计了非对称的狭缝结构,保证波导模式位于波导中央传输,降低弯曲损耗。为了条形波导与狭缝波导更好的耦合,设计了基于多模干涉结构的条形-狭缝波导模式转换器。仿真表明设计的微环谐振器的传感灵敏度达到109 nm/RIU。     

有双包层结构的楔变脊型光斑转换器的设计

为了提高硅基上单模波导器件与单模光纤的耦合效率和工艺容差,设计了一种实用新型光斑转换器,它由水平和垂直双向楔变的波导芯区和双内包层构成.分析了内包层折射率与其厚度对耦合效率的影响,发现通过优化内包层的参数可以加强对扩展光场的限制.针对在硅基上制作垂直楔变结构的波导还很困难的情况,提出了一种低成本、简单可行的制作方法     

聚合物脊形光波导的理论分析

从理论上推导出聚合物脊形光波导的模式本征值方程,给出了相应的归一化通用曲线,可供相应波导设计和制备作为参考。