集成光杨氏干涉计生化传感器的设计和制备

报道一种结构新颖的集成光杨氏干涉计生化传感器。利用微光机电系统(MOEMS)加工工艺结合离子交换技术在玻璃基底上制作出成对的平行单模光波导阵列,并在每对波导中一条的中间区段淀积一层具有梯度末端的TiO2薄膜,覆膜波导用作传感,裸露波导作为参比,从而构成集成光杨氏干涉计芯片。研制结果表明,这种传感器与传统的集成光杨氏干涉计相比,不仅省去了Y型功率分配器和低折射率介质保护层,而且利用简单的狭缝探测器取代了昂贵的电荷耦合器(CCD)探测器,具有结构简单、制作容易和使用方便等优点。     

可调单模光纤定向耦合器

根据光波导理论，对光纤的耦合原理进行了详细的理论分析，提出了研制耦合器的设计方案，采用抛磨方法，并通过可调机械装置，设计并研制出了耦合度高且可调的单模光纤定向耦合器。     

周期结构光学介质实现和频波长变换分析

建立了周期结构的非线性介质在准相位匹配条件下进行和频波长变换的数学模型.以AlGaAs为例,利用该模型数值模拟了波导传输损耗、波导长度和变换效率的关系以及泵浦功率和和频功率间的关系. 结果显示,泵浦光功率、传输损耗和器件长度是影响变换信号的主要因素.     

一种新的缺陷地微带线定向耦合器

传统的微带线定向耦合器隔离度较低,利用功率相消技术虽能有效解决此问题,但耦合器的物理尺寸依然偏大,缺陷地结构的慢波特性可以减少微波器件的尺寸.将功率相消技术和缺陷地结构技术相结合,设计出一种新型微带线定向耦合器,并将其应用于UHF RFID阅读器中.该定向耦合器工作频带为902~928 MHz,工作在920 MHz时隔离度可以达到-49.8 dB,耦合度约为-11 dB,同时将微带线定向耦合器的尺寸减小了20%.     

棱镜—光栅耦合器

棱镜-光栅耦合器(PGC)是集成光学的一种无源器件。它作为光波导的耦合器而具有特殊的意义。它在几何结构和耦合机理上都是棱镜耦合器和光栅耦合器的结合。棱镜耦合器要求棱镜有较高的折射率,因此材料难找、价格昂贵。光栅耦合器必须在波导上做成固定的结构,且要求光栅密度较大,不利于制作和使用。而PGC可以克服上述的不足,因而具有特别的意义。本文作者对PGC进行了理论分析、计算机数值分析和器件研制。主要工作如下:     

钛条带光波导的耦合分析

本文分析了铁条带光波导间的耦合和钛条带与光纤间的耦合,提出了耦合波导本征模的两种近似解,并利用变分方法优化其参数和光纤与铁条带波导的功率耦合系数的计算方法。对定向耦合器和电光调制器的分析和设计具有指导意义。     

薄膜铌酸锂反向锥形端面耦合器

薄膜铌酸锂波导与单模光纤在模场尺寸上存在很大差异,模场失配严重,导致两者直接耦合的效率低下。针对薄膜铌酸锂波导与超高数值孔径(ultra-high numerical aperture, UHNA)光纤的端面耦合问题,基于时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)法优化设计了反向锥形端面耦合器的结构参数,仿真实现了薄膜铌酸锂矩形波导与UHNA光纤的高效耦合。利用电子束曝光、电感耦合等离子体刻蚀等工艺,制备了反向锥形耦合器,设计并建立了端面耦合测试平台,完成了反向锥形耦合器的性能测试。实验结果表明,反向锥形耦合器近场输出光斑在水平和垂直方向的模场直径分别为3.3和3.6μm,水平和垂直方向的3 dB对准容差分别为3.0和3.2μm,单端插入损耗为6.24 dB/面,表明设计制作的反向锥形耦合器具有较好的耦合性能。该研究为大容量、高速率的集成光子器件与光纤之间的耦合提供了高耦合效率的光接口方案。     

一种新型低损耗1×4光分路器的设计

对新型低损耗大角度Y分支波导进行了详细的设计和优化,并用有限差分光束传播法对Y分支结构进行了验证。仿真结果表明新型的Y分支波导在大分支角度时具有非常小的损耗。最后,设计了由三个Y分支级联所构成的新型1×4光分路器,仿真结果表明其具有损耗小,结构简单,且极大地减小了器件长度,有利于器件的进一步集成。     

横向结构参数对SiGe HBT小信号模型参量的影响

为了分析了发射极条宽、条长、条数等横向结构参数对SiGe HBT小信号模型参数的影响,通过Jazz 0.35μm BiCMOS SiGe HBT的Y参量,得出了在不同横向结构参数下SiGe HBT的小信号模型参数.结果表明：增加发射极条宽、条长、条数时,小信号模型中的等效电阻值减小、等效电容增大、跨导也增大.在此基础上,分析了SiGe HBT横向结构参数对合成的有源电感特性的影响.在设计不同性能的有源电感时,所得结果对有源器件横向结构参数的选取有一定的指导意义.     

波导的弯曲对阵列波导光栅传输特性的影响

依据阵列波导光栅(AWG)的传输理论,在中心波长为1550.918 nm、波长间隔为0.8nm的条件下,对33×33信道聚合物AWG波分复用器进行了参数优化,分析了阵列波导的弯曲对器件传输性能的影响。分析结果表明,波导的弯曲将使AWG中的传输光产生相移,引起传输光谱的漂移和串扰的改变。本文所设计的AWG器件的光谱漂移约为0.01 nm,远远小于波长间隔0.8 nm,串扰的变化也很小。     

一种基于微流控技术的光开关阵列设计与研制

提出一种基于微流控技术的二维电光开关阵列装置,其基本形式为储气层+波导层+储液层的结构。通过气压与电润湿效应双重作用实现对光开关单元中液柱高度的控制,从而控制光路中光束的全透射和全反射以实现光的开和关。讨论了光开关的工作电压、插损和响应时间等参数。研制结果表明,该结构具有体积小、结构简单、功耗低、能实现集成化和微型化制作的特点。     

Calculation of coupling efficiency for rectangular waveguide CO_2 laser by fresnel approximation

Theoretical analyses have been performed to describe the coupling losses for a plane mirror in rectangular waveguide resonator for an arbitrary waveguide mode as a function of the Fresnel number for several values of the aspect ratio by using Fresnel approximation.     

Ti:LiNbO_3光波导移频器的研究

本文以电光效应光波导移频器的研制为目的,分析了该器件原理,在综合考虑光波导和电极的情况下,求解移频器耦合波方程,由此对移频效率及边频抑制等问题进行讨论并进行最佳设计。用 T_i 内扩散工艺制做了器件,并对其移频性能进行了测量。     

Scattering loss in optical waveguide with trapezoidal cross section

To get the scattering loss of the trapezoidal core waveguide, a new analysis model is presented based on the perturbation equivalent method and modified effective-index method. Firstly, the trapezoidal core waveguide is successfully equivalent to the rectangular one with both restricting the same optical field energy by adopting the perturbation method. Then, the equivalent rectangular core waveguide is decomposed into two slab waveguides by employing the modified effective-index method. The trapezoidal core waveguide scattering theory model is established based on the slab waveguide scattering theory. With the sidewalls surface roughness in the range from 0 to 100 nm in the single model trapezodial core waveguide, optical simulation shows excellent agreement with the results from the scattering loss model presented. The relationship between the dimension and side-wall roughness with the scattering loss can be determined in the trapezoidal core waveguide by the scattering loss model.     

渐变型波导模方程的计算方法

本文对渐变型波导的模方程,进行严格的推导,得到解析表达式,从而给出了数值求解的方法。用结果可以直接计算出膜层的厚度,有效折射率值,表面折射率及折射率的最大差值。     

折射率导引型微结构光纤特性与传感应用

主要讨论折射率波导型微结构光纤,这种光纤的光波是借助于折射率波导完成光能量传输的.其微结构种类主要有多芯光纤、线性阵列芯光纤、环形阵列芯光纤等多种.概述了这类微结构光纤的制备方法,给出了其折射率分布特性,讨论了其若干传感应用实例.     

波导横向膜片带通滤波器的全波分析和精确设计

对矩形波导横向膜片的不连续性进行精确的全波分析的基础上,结合滤波器设计理论,将膜片等效为一阻抗倒置器,其值由全波分析法获得．然后与由滤波器综合理论获得的阻抗倒置器的值对应起来,建立超越方程,求解该方程就可以获得滤波器所需要的膜片尺寸．所设计的滤波器尺寸不需要反复调整,提高了设计效率和精度．并给出了膜片尺寸与带通滤波器带宽的关系曲线,对在滤波器设计时选择合适膜片结构有较好的指导意义．最后以半波长谐振腔带通滤波器为例,设计了几只波导带通滤波器,设计值与软件仿真,实测值吻合良好．     

光纤光栅Bragg反射器的实验研究

本文简要介绍一种新型光纤波导元件——光纤光栅的结构与原理,并报道我们初步研制出的光纤光栅 Bragg 反射器的设计、制作过程及其特性测量.     

有机无机杂化材料准矩形波导的设计与制备

为了满足制作电光开关的需要,采用有机无机杂化材料设计了一种准矩形的波导结构。理论模拟了这种准矩形结构截面的光场分布情况,并与矩形结构截面的光场分布情况作了对比。分别制作了准矩形结构和矩形结构两段直波导,在近场光斑测试系统上测试它们的近场输出光斑,结果表明实验结果与理论模拟结果符合很好。     

极化聚合物光波导特性的研究

采用高速旋涂与电晕极化方式制备了平板极化聚合物光波导，对其特性进行了研究，用导模m线法对光波导特性参数进行了测试、计算，测试结果与理论计算符合良好。