新型低损耗1×3光分路器的优化设计

针对传统Y分支光分路器损耗较大的缺陷,采用直锥形波导代替传统的直波导来减小器件的尺寸,并且采用激模波导结构设计1×3分支波导.设计中,利用辐射模和本征基模的叠加来修正光波场,通过改善模匹配来降低分支耦合损耗,并通过对对称输出弯曲分支波导的优化来降低弯曲损耗,最后在1×3光分路器中的两弯曲波导的输入端加入过渡锥形波导来降低损耗和优化分路器的输出均匀性,并用有限差分光束传播法对该1×3分支波导进行数值模拟.模拟结果表明,该结构具有均匀性好、器件尺寸小、损耗小和结构简单等优点,有利于器件的进一步集成.     

新型低损耗1×3光分路器的优化设计

针对传统Y分支光分路器损耗较大的缺陷，采用直锥形波导代替传统的直波导来减小器件的尺寸，并且采用激模波导结构设计1×3分支波导。设计中，利用辐射模和本征基模的叠加来修正光波场，通过改善模匹配来降低分支耦合损耗，并通过对对称输出弯曲分支波导的优化来降低弯曲损耗，最后在1×3光分路器中的两弯曲波导的输入端加入过渡锥形波导来降低损耗和优化分路器的输出均匀性，并用有限差分光束传播法对该1×3分支波导进行数值模拟。模拟结果表明，该结构具有均匀性好、器件尺寸小、损耗小和结构简单等优点，有利于器件的进一步集成。     

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.     

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.     

玻璃基多模波导光功分器的研制

利用Ag+-Na+电场辅助玻璃基离子交换技术制作了低损耗的掩埋多模波导,并在此基础上研制了多模波导光功分器.测试分析了多模波导和光功分器的损耗和偏心率特性.所研制的多模直波导传输损耗小于0.1dB/cm,所制作的1×2的多模波导光功分器附加损耗小于1.3 dB.     

锥形光波导耦合特性研究

基于耦合模理论,数值仿真了两种耦合结构(FW和WF)下的耦合损耗随锥形光波导芯层尺寸的变换规律;进一步分析了两种耦合结构下锥形光波导端面粗糙度对其模式耦合损耗特性的影响,表明不同模式其端面散射损耗不同;实验结果表明,锥形光波导的输入端芯层尺寸、输出端芯层尺寸及光波导长度,对FW结构下的耦合损耗影响较小,对WF结构下的耦合损耗影响较大。     

锥形过渡波导的光束传播法分析

基于光束传播法,对几种只沿纵向变化的锥形过渡波导的传输特性进行了分析.分析表明,对同一过渡波导,宽端口输入与窄端口输入时的功率损耗不同,因而应根据过渡波导是宽端口输入还是窄端口输入来选用过渡波导.波导参数对各种过渡波导传输特性的影响也不同.分析结果为各种过渡波导的选用提供了参考.     

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.     

余弦型Y分支结构参数的性能分析

针对低损耗余弦型Y分支光波导的分析与设计,首先对其弯曲损耗进行理论推导,其次对光传播损耗特性起主要影响作用的三个结构参数(波导宽度、过渡区长度、分支高度),利用有限差分光束传播法(FD-BPM)进行了逐个性能优化分析.结果表明:传输损耗随波导宽度的增加而减小,随过渡区长度的增长而减小,随分支高度的增加而增大,此结果可为各种Y分支的选取提供参考.     

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。     

Crosstalk-, loss-, and length-reduced digital optical Y-branchswitches using a double-etch waveguide structure

We demonstrate a novel Y-branch digital switch with a double-etch waveguide structure to greatly enhance the loss and crosstalk performance. The double-etch design increases the coupling between the two tapered Y-branch waveguides, which allows for efficient switching while decreasing the radiation loss that arises from the branching angle. This combined advantage also allows us to reduce the switch length, which in turn results in an efficient high-speed design. The measured crosstalk and loss are -19 and 3 dB, respectively, for a 3-mm-long switch. Further crosstalk reduction is expected from the simulation of a more optimized design     

Radiation loss in dielectric waveguide Y-branch structures

Volume current method is used to calculate the radiation loss of dielectric waveguide Y-branch structures. Radiation loss of a Y-branch in the power-dividing mode of operation is calculated accurately for the first time, obtaining proper zero loss in the limit of the zero branching angle. Radiation loss of a Y-branch with parallel output guides is calculated and compared to the loss of a three guide coupler-divider; the Y-branch has smaller loss. Simple analytical formulas are given for approximate loss calculation in these structures.     

94GHz二次谐波回旋管波纹波导模式转换

在耦合波理论的基础上,详细讨论了3mm二次谐波渐变复合腔回旋管内置TE03—TE02—TE01模式转换器,并使模式转换器兼作回旋管的收集极.采用波纹波导结构和不同的相位重匹配技术进行优化分析,得到了可靠的最优几何参量.以此结果设计出了紧凑、高效的94GH z波纹波导模式转换器,并在回旋管的热测实验中测出模式样图.     

Integrated optic Y-branching waveguides with an asymmetricbranching ratio

Integrated optic Y-branching waveguides with an asymmetric branching ratio are proposed by using a novel and simple waveguide configuration. Realisation of a controllable wide branching ratio, simply by shifting the centre axes of the input taper waveguide and the branching waveguide group is clarified both theoretically and experimentally. 1×2 Y-branch splitters with an asymmetric branching ratio of 50.0~75.6%, a low excess loss of <0.2 dB and based on planar lightwave circuits are demonstrated     

1060nm掺钕磷酸盐波导放大器的特性研究

在四能级钕玻璃波导放大器物理模型的基础上,用重叠积分法研究了以802nm泵浦光放大1060nm信号的掺钕磷酸盐波导放大器的速率-传输方程。通过数值模拟,获得了增益特性和波导掺杂浓度、泵浦功率和波导长度的曲线关系。     

保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合技术研究

光纤陀螺光路结构中,Y波导器件与保偏光纤环通过尾纤熔接的方式连接形成闭合回路来敏感系统相对惯性空间的转动信息,而熔接点引入的偏振交叉耦合以及背向反射是制约光纤陀螺测量精度进一步提高的主要因素.为此,提出了一种实现保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合的方法,并制作了两者直接耦合的敏感环光路.经实验测试,光路中Y波导器件的插入损耗典型值为2.7 dB,分光比优于48/52～52/48,偏振串音优于-30 dB,性能指标与常规的Y波导器件相当.该光路模块理论上有利于减小光纤陀螺系统噪声和提高测量精度.     

Low‐Loss Compact Arrayed Waveguide Grating with Spot‐Size Converter Fabricated by a Shadow‐Mask Etching Technique

This paper describes a low‐loss, compact, 40‐channel arrayed waveguide grating (AWG) which utilizes a monolithically integrated spot‐size converter (SSC) for lowering the coupling loss between silica waveguides and standard single‐mode fibers. The SSC is a simple waveguide structure that is tapered in both the vertical and horizontal directions. The vertically tapered structure was realized using a shadow‐mask etching technique. By employing this technique, the fabricated, 40‐channel, 100 GHz‐spaced AWG with silica waveguides of 1.5% relative index‐contrast showed an insertion‐loss figure of 2.8 dB without degrading other optical performance.     

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。     

掺钕玻璃波导激光器的特性研究

给出了掺钕磷酸盐激光玻璃的光谱特性、能级结构、速率方程和传输方程。研究了掺钕磷酸盐玻璃光波导激光器的输出特性。在忽略放大的自发辐射和激发态吸收的基础上,简化了四能级模型的速率-传输方程。而后利用重叠积分法和龙格-库塔法对掺钕磷酸盐玻璃光波导激光器进行了数值模拟,得到了激光器的输出功率与掺杂浓度、传输损耗和长度等参量之间的关系曲线。理论分析的结果表明,用重掺杂、损耗系数较小、长度合适的波导并优化激光器的制作,就可以获得较高的输出功率和斜率效率,此时的泵浦阈值也较低。