两种不同Y分支光波导的弯曲损耗研究

针对低损耗S型弯曲Y分支的分析与设计,分别用弯曲损耗理论和有限差分光束传输法分析了两种不同的S型弯曲Y分支的损耗特性,比较了不同的波导宽度、分支间距和分支张角对波导输出损耗特性的影响,得出了一组最优化的Y分支波导设计参数.     

双M-Z干涉仪中Y分支波导设计与分析

介绍了分支波导和S形弯曲波导,设计了对称双Y分支S形弯曲波导的结构,并计算了其弯曲损耗。对1/2Y和1/4Y分支波导的传输及弯曲损耗随长度的变化进行了模拟仿真,结果表明,设计的双Y分支波导达到了低损耗的要求。最后对双M-Z干涉仪的光场传输进行了二维各向同性仿真,得到其光场传输图和折射率分布图。结果表明,设计的双M-Z干涉仪的分光比可达1∶1∶1∶1。     

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。     

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.     

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.     

一种带有锥形多模过渡区的Y分支光波导

为减小Y分支波导的分支损耗,提出在输入波导和两输出波导间引入锥形多模过渡波导.与已被用于减小Y分支波导分支损耗的矩形多模过渡波导相比,所引入的锥形多模过渡波导,不仅可以减小过渡波导的长度,还可进一步减小分支损耗.利用三维有限差分光束传播法,对具有锥形过渡波导的退火质子交换铌酸锂Y分支光波导进行了数值模拟.数值结果为该类Y分支光波导的设计和制备提供参考.     

一种新型Ka频段六路功率分配/合成网络

指出了二进制(2n)功率合成方式的不足,介绍了波导—微带探针过渡和3 dB分支波导定向耦合器的原理。提出了改进型分支波导三路功率分配器,该结构具有损耗低、驻波好、幅度相位一致性好和端口隔离度高等优点。针对现有合成方式的不足,提出了一种新型基于波导的Ka频段六路功率分配/合成网络,该结构由改进型分支波导三路功率分配器、3 dB分支波导定向耦合器和E面波导—微带探针过渡组成。     

Si基集成光学陀螺中弯曲波导特性研究

给出了Si基集成光学陀螺的光路结构,理论计算了余弦型弯曲波导的弯曲半径和弯曲损耗。仿真分析了弯曲波导的宽度、长度与弯曲损耗的关系,进而设计了集成光学陀螺用"K"形耦合器,并通过R-soft软件进行了仿真分析。搭建了弯曲波导的实验测试装置,分别测试了弯曲波导的传输损耗与光模场,结果表明,波导单位损耗为0.014dB/cm,验证了理论计算结果的正确性。采用光束扫描法测试了弯曲波导的模场,实验结果与理想高斯拟合曲线吻合。     

弯曲光波导模拟优化研究

用时域有限元差分（FDTD）方法弯曲光波导的优化仿真，减小弯曲光波导损耗。采用OPTIFDTD软件在曲率半径增大到一定的情况下，弯曲损耗在各种损耗中不占优势。在半径一定的条件下，适当选择波导的各个参数进行优化，可以使弯曲损耗达到最低，模拟了弯曲光波导中光的传播，得到了弯曲损耗的变化规律，波导参数不同，弯曲损耗不同，其中有一最佳参数点，由此得到弯曲光波导的参数优化设计值。     

不同切型质子交换弯曲波导的弯曲损耗研究

退火质子交换铌酸锂光波导是一类重要的光波导。对2种不同切型的3种常用S形弯曲质子交换光波导,利用宽角有限差分光束传播法进行了分析。结果表明,3种弯曲波导的弯曲损耗,随波导结构参数的变化基本上是相同的,而在相同的波导结构参数下,X切型的质子交换光波导的弯曲损耗总体上都要小于Z切型的质子交换光波导。数值计算结果为相应波导器件的设计和制备提供了一定的参考。     

太赫兹E 面分支波导定向耦合器研究

本文基于微细加工技术中的深反应离子刻蚀（DRIE）技术设计了一款中心频率在0.355THz 的E 面3dB 四分支 矩形波导定向耦合器。利用奇偶模分析方法和级联理论分析方法进行分析,计算出了其在给定耦合度条件下各结构初值。 使用Ansoft HFSS 对四分支波导定向耦合器进行仿真优化,结果表明该耦合器性能优异,在0.35-0.36THz 频段内,隔离 度优于40dB,各端口的回波损耗大于40dB,插入损耗小于0.2dB。本文所设计的分支波导定向耦合器结构简单紧凑、性 能优越,具有广阔的应用前景。     

用于传感的聚合物微谐振环的研制

对一种用于传感的聚合物微谐振环进行了研制.器件为多模耦合器结构,作为微谐振环的输入/输出耦合结构.微谐振环采用跑道形结构.首先分析了器件的原理,给出了器件的优化设计参数.采用紫外光敏材料SU-8和CYTOP作为波导芯层和下包层材料,制作了上述结构的微谐振环器件,并进行了测试.扫描电镜的结果显示,所制备器件的整体形貌比较清晰,波导结构均匀光滑,侧壁陡直度较高.采用截断法测得单模直波导的传输损耗约为2.2 dBcm.对多模耦合器(MMI)结构和弯曲波导的测试表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50:50的功分比,且损耗较低,而纯弯曲波导结构的通光性能良好.测量得到的器件谐振输出光谱表明,器件在主谐振峰处的插入损耗约为38dB,自由光谱区(FSR)约为1.87nm.过数据处理分析得到弯曲波导的传输损耗约为5.2 dB/cm.提出了进一步降低器件损耗、改善器件性能的措施.     

Sunflower圆形光子准晶在光通信器件中的应用

Sunflower结构是一种新型的圆对称型准晶光子晶体结构,它在实现大弯曲波导方面具有其它光子晶体结构无法比拟的优越性。对sunflower结构的带隙特性进行了优化,在优化的准晶结构上设计Y型、U型等大弯曲波导,对波导的透射谱、损耗进行讨论。     

基于S型Y分支波导的石墨烯M-Z电光调制器设计

利用COMSOL软件设计了一种基于S型Y分支SOI脊波导的石墨烯M-Z电光调制器,并对Y分支波导曲率半径、相位臂长度、芯层间距和输入输出直波导长度等结构参数对调制器的影响进行了分析.在此基础上对电光调制器的性能指标进行了计算和优化,最终设计出了3 dB带宽为143 GHz、消光比为15.05 dB的硅基石墨烯M-Z电光调制器.     

一种新型六路功率分配合成网络的研究分析

本文指出了在二进制功率的合成方式中存在的缺点,同时也给出了波导——微带探针过渡以及3dB分支波导定向耦合器的基本原理。介绍了改进型分支波导三路功率分配器,本结构有很多的优点,比如耗能低、驻波好、端口隔离度较高等等。对于目前合成方式中存在的缺点,介绍了一种新型的基于波导Ka频段六路功率分配合成网络,本结构的主要组成部分是3dB分支波导定向耦合器、改进型分支波导三路功率分配器以及E面波导——微带探针过渡。     

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。     

用于微波光子系统的铌酸锂集成电光调制器研究

设计和制作了一种高速铌酸锂电光调制器。波导采用双Y定向耦合器型结构以提高线性度,同时能够提高工艺容差;电极采用CPW行波电极结构。通过分析比较不同相速匹配程度及微波损耗程度对电极系统带宽的影响,选择合适的设计参数及工艺参数,制作的调制器样品插入损耗为3dB,开关消光比为34dB,偏置电极半波电压为7V,行波电极半波电压为5.5V,电反射小于-10dB,6dB调制带宽约18GHz,可实现0～18GHz模拟调制。     

非对称Y分支光波导分路器的设计

在分析了非对称Y分支平面光波导理论的基础上,利用BPM算法,对Ti:LiNbO3分支波导进行了计算和仿真,得到了其分叉角与功率分配的关系;同时对几个Y分支级联所构成的非对称分路器进行了研究,结果表明利用非对称光分路器分配光功率,可以满足不同用户的需求.这为制作光分支器提供了一种新的设计思路.     

微纳米SiGe-SOI弯曲波导的设计

在绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)材料的基础上,建立了SiGe-SOI微纳米尺寸的光波导结构模型,选取了损耗较小的S型SiGe-SOI弯曲光波导进行设计,并对其直波导和弯曲波导的模场进行了分析。设计中采用保角变换和三维全矢量BPM算法相结合的方法,对SiGe-SOI弯曲光波导进行了弯曲损耗分析,得到了弯曲半径对弯曲损耗的影响,给出了影响微纳米SiGe-SOI弯曲光波导设计的敏感参数。最后根据理论分析的结果,绘制了不同宽度的光波导版图,制作了微纳米SiGe-SOI弯曲光波导,并对其进行了测试分析,最终实验结果与理论分析一致,从而验证了该设计方法和理论分析的正确性。