1*8信道微环谐振波分复用器的结构设计

微环谐振波分复用器(MRRWM)利用微环谐振器(MRR)的滤波选频功能,把主信道中输入的多个工作波长从不同输出信道中分离出来,从而实现其分波功能。尽管MRRWM以MRR为基础,但由于微环型器件结构的特殊性,对MRRWM必须进行更为严格的设计与分析。本文通过对1×8信道硅基聚合物MRRWM的折射率分布、波导尺寸、谐振级数、耦合层厚度等结构参数的合理优化,不仅从理论上消除该器件的模式双折射效应,而且提出一种降低器件制造难度的有效方法。     

基于腔光力系统的量子非互易性的研究进展

综述了基于腔光力系统的量子非互易性的研究进展，包括腔光力系统的简介以及其中的非互易性的概念和应用.将目前腔光力系统中非互易性传输的研究分为2类：一类是同一频率域内的非互易性传输，如2个不同光学频率间的光子传输；另一类是跨频率域的非互易性传输，如光学频率光子和微波频率光子间传输.此外，讨论了基于腔光力的非互易性器件，如隔离器、定向放大器、环行器和路由器等.最后，对基于腔光力系统的非互易性在量子信息领域中应用的前景做了展望.     

带有交叉信道的高精细度微环滤波器

针对微环滤波器件对窄带宽和高精细度的需求,设计出一种带有交叉信道的微环滤波器。采用信号流程图理论和微环谐振器理论,推导出滤波器在drop端和through端光强传递函数,据此在谐振波长1 550 nm处对该器件进行模拟与优化。结果表明:取微环半径r=30.74 μm,在交叉信道单微环滤波器中,微环与信道波导间耦合系数为0.1,through端光谱具有较高的精细度,属于周期型窄带高消光比带阻滤波器;drop端光谱带宽极窄,可以将其用作固定波长激光器。在交叉信道微环串联耦合滤波器中,微环与波导间耦合系数取0.05,环间耦合系数取0.000 4时,滤波器drop端输出光谱具有顶部平坦,边沿滚降明显的特点。经数值计算得出,交叉信道微环串联耦合滤波器的精细度为105.41,品质因子为4.189×104。分析结果表明,本文设计的带有交叉信道的微环滤波器在保持优良滤波特性的前提下,使滤波器的精细度进一步提高。     

微环谐振腔中非线性开关效应的理论研究

该文利用耦合器的耦合矩阵,研究了非线性微环谐振腔的开关特性。研究表明,光场在微环谐振腔中的自相位调制,会引起谐振频率的偏移。利用谐振腔的谐振以及非线性效应,可以实现在不同的频率处,由输入功率来诱导直通/下路型微环谐振腔输出的开关特性。同时频率失谐量较小时,实现非线性开关效应所需的最小阈值功率也较小。     

偏振无关磁光波导的设计

为使隔离器、环行器及其他非互易器件广泛地应用于波导集成光子回路,基于磁光材料的非互易特性,提出了一种偏振无关的磁光波导的简单设计方法.在磁光波导芯区的侧面引入特定高折射率区,造成了场强分布的不对称性,从而达到了非互易波导偏振无关的目的.微扰法和有限差分法相结合的分析表明,当方形单模波导宽度大于0.7μm时,TE和TM模非互易相移的相对误差低于1％.该波导结构具有制作简单、工艺容易实现的优点,适用于偏振无关的非互易磁光波导器件.     

波导滤波器的等效电路模型及实验研究

建立同轴腔加载波导滤波器系统的等效电路模型,在波导短路端面与同轴探针弱耦合状态下,通过求解回路方程组得到3个谐振频率点,分别对应π/2模、0模和π模,频率间隔决定于耦合系数.强耦合状态下,该模型仅存在1个谐振频率点,波导只起传输信号及滤波作用.通过实验测量波导滤波器系统正向传输系数曲线,在弱耦合状态下获得3个谐振频率点,强耦合状态下仅存在1个谐振频率点,结果与理论分析一致.     

双微环波导互耦合系统的耦合模理论研究

微环谐振腔由于具有结构简单、易于集成的优点,通过控制谐振模式与波导之间的耦合,可以制备许多光学器件,受到人们越来越多的重视。利用耦合模理论,计算了双环波导互耦合系统的光学特性,给出此系统的透过率表达式,并分析了系统的透过率特点。同时利用时域有限差分的方法模拟了系统的透过率和不同模式的场分布特性。两种方法得到的结论完全一致,表明耦合模理论处理双环耦合是可靠的。     

三维非线性异向介质的频率特性

为了实现异向介质的可调性,推导了埋入在非线性介质中的由金属线和谐振环构成的具有三维周期性结构的Metamaterial有效磁导率表达式,计算了Metamaterial的有效磁导率实部和虚部对外场频率的响应.结果表明,当外场频率与这种Metamaterial的线性本征频率相差越小时,材料的左右手特性的跳变点就越小,且在非线性区材料的磁响应呈现双稳特性,这种现象可能被用于实现光学双稳态和光学开关器件.     

光学芯片FD-BPM算法的系统实现

随着光电子集成和各种平面波导器件的集成度和复杂度越来越高,光器件的结构越来越精密,光学芯片仿真设计软件变得越来越重要。该文介绍了自行开发的光学芯片仿真软件的模拟仿真模块的实现过程,这一仿真过程是利用有限差分光速传输法算法来实现的。最后还给出了软件对光波导器件进行仿真所得到的结果。     

超高真空CVD选择性外延锗硅及其电学特性

为了满足高性能的红外探测要求，以高品质硅基器件研制了选择性外延锗硅肖特基二极管.利用低温下锗硅材料在二氧化硅表面成核需要一定时间的特点, 采用超高真空化学气相沉积（UHV-CVD）技术，550 ℃下，在硅光刻窗口处，选择性生长了锗硅外延层.由此技术生长的锗硅材料制作了硅基肖特基二极管原型器件，并研究了该二极管器件的电流 电压特性曲线.结果表明，与传统方法制备的非选择性外延锗硅肖特基二极管相比，该二极管器件可以避免在确定有源区后再经受高温处理,简化了器件制作工艺, 该二极管反向漏电流低2～3个数量级，具有优良的器件电学特性.     

硫系玻璃狭缝波导微环的模拟分析

硫系玻璃材料在中红外波段具有高的透过率,成为制备中红外光波导光学传感器的首选材料。为了提高光与待测物的作用,减小器件体积,优化设计并分析了硫系玻璃狭缝光波导微环器件。通过COMSOL软件对狭缝波导进行了建模,为了减小高折射率衬底的影响、减小电极材料对红外光的吸收并避免共振吸收,优化了下缓冲层厚度、上缓冲层厚度、电极厚度。采用优化的狭缝波导结构,设计了圆形和跑道型硫系玻璃狭缝波导微环谐振器,优化了微环谐振器半径,分析了品质因数、自由光谱区、以及谐振光场分布等性能参数。分析结果显示,圆形微环谐振器具有更高的品质因数(28452),谐振峰更加尖锐,对光的选择性更好;而跑道型微环谐振器的自由光谱区更小(6.2nm),用电极调节谐振峰的波长时,谐振峰更容易和气体的吸收峰对齐,更适合于红外气体检测。     

光学暗孤子在色散缓变光纤中传输特性的理论研究

基于准非线性Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ（ＮＬＳ）方程，导出了光学暗孤子在色散缓变先纤中传输所满足的与常规光纤中含增益效应等价的ＮＬＳ方程，给出了该方程的微扰解析解和光学暗孤子脉冲宽度演化表达式．对于阶跃型单模光纤，得到了光纤几何参量与增益系数之间的一般函数关系．     

双谐振腔混合耦合系统光学特性研究

为了处理集成光学中谐振腔与波导、谐振腔与谐振腔之间的耦合引起的光学特性问题,便于光传感器件、通信器件的分析与设计,本文使用耦合模理论,分析了双谐振腔-波导混合耦合系统的光学特性。数值模拟表明,侧耦合谐振腔与正耦合谐振腔之间发生耦合引起Fano共振效应,使入射光的透过率和位相发生突变;同时也分析了各个性能参数对透过率特性的影响。     

半导体异质结定向耦合器的设计

本文根据半导体材料的特点,分析比较了几种不同结构的条波导在构成定向耦合器时,对器件性能产生的影响.从而选定异质结加载条波导构成我们的器件.依据平面波传输可等效为传输线传输的原理,求解出具有多层结构的平面波导的特征方程,应用等效折射率法和耦合模理论,结合现有工艺条件,借助计算机对波导结构参数与器件参数之间的关系进行了数值模拟.经过优选之后,给出了几个实用InP-InGaAsP 单模定向耦合器的设计值.     

集成光学中的介质薄膜

集成光学是近十年发展起来的一门光学、电子学和固体物理学的新的边缘学科。它的出现将使通讯技术、计算技术等信息处理和传输工程面临一场重大的改革。平面光波导介质薄膜无论在理论上,还是在实践上,都是集成光学元件的基础,而且有的己经应用在一些光学器件中。在工艺上,它发展了集成电路的生产工艺,但其要求更苛刻、更复杂。本文的主要内容是:(1)光导介质薄膜的基本特征;(2)平面光波导的耦合方式;(3)平面光波导的工艺简介。     

一种圆波导TE01模HPM滤波器

设计了一种基于环形波导耦合结构的圆波导TE₀₁模高功率微波(High-Power Microwave, HPM)滤波器，主要由圆波导半波长谐振器以及半径更大的圆波导耦合窗组成。根据耦合谐振理论得出目标TE₀₁模滤波器的外部Q值以及谐振腔之间的耦合系数，再根据波导结构尺寸和谐振频率、耦合系数、外部Q值三者之间的映射关系得到滤波器尺寸初值，仿真优化确定最终滤波器尺寸，有效提高了圆波导高次模滤波器的设计速度。设计了一款工作频率在9.4～9.7 GHz的TE₀₁模滤波器，并进行数值模拟实验，结果表明，采用164 mm直径圆波导实现的TE₀₁模圆波导HPM滤波器具有3.56 GW的功率容量。     

级联微环谐振腔游标滤波器特性研究

提出了一种复合结构的级联微环谐振腔光学游标滤波器．用信号流程图法分析了游标滤波器的工作原理,利用梅森公式给出了输出功率表达式,随后探讨了器件输出谱的谐振条件、对比度和精细度．数值模拟结果表明：级联微环谐振腔光学游标滤波器相对于单个微环谐振腔而言,自由谱宽范围、对比度和精细度均得到了显著提高,并为该器件更好地应用到波分复用系统中的光滤波器、色散补偿器、光开关等器件中提供了理论依据．     

研究光学镜头猫眼效应的物理光学传输分析方法

提出了研究光学镜头猫眼效应的物理光学传输分析方法。该方法以ZEMAX光学设计软件建立的光学镜头模型为基础,采用动态数据交换技术（dynamic data exchange,DDE）获取镜头结构参数;以Collins衍射积分公式为基础,结合矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,进一步推导了高斯光束通过具有基本结构参数的光学镜头后并返回的一般解析传输公式。结果表明,利用该方法仿真得出的猫眼效应反射光在反向传输过程中的空间分布与实验所得极为相似,证明了应用该物理光学传输分析法研究猫眼效应的科学性。     

基于数字光刻技术的光纤端面微光学器件制作

本文提出采用DMD数字光刻技术制作光纤端面微光学器件,基于DMD数字光刻系统,建立了用于制作光纤端面微光学器件的双光源DMD数字光刻系统。利用双光源DMD数字光刻系统,在芯径为62.5μm,外径为125μm的多模光纤端面上制作了具有耦合作用的环形光栅。本技术中光纤端面微光学器件的掩模由计算机控制输出,具有设计灵活、实时控制的优点。     

量子点与金属纳米线耦合系统中表面等离子激元的散射特性

利用由1根金属纳米线与2个相互耦合的量子点构成的系统研究了金属纳米线中单个表面等离子激元的传输特性.研究结果表明,通过适当地调节2个量子点的损耗率、量子点与金属纳米线之间的耦合强度、 2个量子点之间的相位和耦合强度能在异常点处获得单向无反射.该方案可为类二极管等非互易器件的研发提供理论参考.