金属覆盖渐变折射率光波导在截止点附近传播特性的近似分析

本文提出一种分析金属覆盖渐变折射率光波导在止点附近的光学特性微扰近似方法，并仔细地讨论了金属覆盖指数折射率光波导在截止点附近的传播特性和截止条件。     

金属包覆平板波导模式特性的有限元法分析

采用有限元法（FEM）分析了具有复数折射率的金属包覆介质波导的模折射率与模场分布情况。计算了具有损耗层的6层介质平板波导模折射率，并与解析解比较，二者有较好的一致性；分析了金属包覆3层平板波导中TM模折射率与波导芯厚度的变化关系，计算了金属包覆5层平板波导中TM模折秧经与金属层厚度的变化关系，并结合对模场分布的分析对模式进行了定性判断，给出了其模式演变过程。     

基于表面等离子体型波导能否实现负折射率材料？ 表面等离子体三维几何结构的研究

本文对能够实现正折射率和负折射率模式的平面等离子体波导结构进行了理论分析,重点研究了可见与近红外频率的金属-绝缘体-金属（MIM）、绝缘体-金属-绝缘体（IMI）、绝缘体-绝缘体-金属（IIM）等几种几何模型的模式。结果表明,这3种等离子体结构在可见频率的有限范围内都表现出负折射性能,品质因数接近20。通过有限差分时域模拟,证实了可见光从自由空间传输至这些波导时,表现出负折射特性。给出了波长为350～850nm、波导芯尺寸在5～50nm范围变化、基于Ag/GaP和Ag/Si3N4材料的波导结构的折射率和品质因数。该结果为可见频率范围内的负折射率材料和二维波导结构提供了设计依据。这些几何结构可以作为三维负折射率材料的基础元素。     

金属包层渐变折射率平板波导传播特性

本文采用多层线型分割近似，结合欧姆损耗微扰法，分析了金属包层渐变折射率平板波导的传播特性。按此方法计算了几类典型波导的传播常数数值，结果均与精确值相吻合，且物理概念清楚，计算方法简单。     

高斯分布扩散光波导模式的渐近展开分析

本文用适当的多项式函数近似扩散光波导的高斯折射率分布函数,推导了导模有效折射率的解析形式渐近解。给出了利用渐近解公式,由模有效折射率的测量值确定波导表面折射率和扩散深度的方法。实例说明,对模数较少的波导,这个方法比其它近似方法精确。     

条形介质加载型表面等离子体波导传输特性的研究

采用二维时域有限差分(FDTD)法,分析对比了 介质-金属(IM)结构和金属-介质-金属(MIM) 结构波导对光波传输特性的影响,以及通过对IM结构的尺寸、折射率进行优化得到最佳传 输长度。数值 结果表明,IM结构波导能使光波传输距离更长。对IM波导结构研究发现,当介质层厚为 300nm,金属 层厚为200nm时,传输效果最佳。基于这个参数的IM结构,计算介质 层折射率对IM波导光传输特性的影响发现,介质层折射率为1.5时, 在模场约束较好的情况下,传输损耗降低,表面等离 子体波的传输长度最长。整体优化后的条型波导可以实现最大传输距离为37μm。这一设计和优化波导结构 参数的方法不仅拓宽了介质加载型表面等离子体激元(SPP)波导结构的理论基础,在纳米光 学集成器件研究上也具有一定的应用潜能。     

硅基二氧化硅阵列波导光栅相位误差数值分析

采用传输函数法对硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的相位系统误差和随机误差进行了详细的分析.系统误差的模拟结果表明阵列波导的有效折射率和相邻阵列波导长度差ΔL的偏移将会对使中心波长λ0偏离设计值,平板波导有效折射率、阵列波导的间距、罗兰圆聚焦长度R的偏移会使通道间隔偏离设计值.随机误差的模拟结果表明相邻阵列波导长度差、阵列波导中芯区折射率、芯区宽度、芯区厚度的随机波动对AWG的串扰影响较大,而波导上、下包层折射率的波动对AWG串扰影响较小.     

硅基二氧化硅阵列波导光栅相位误差数值分析

采用传输函数法对硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的相位系统误差和随机误差进行了详细的分析.系统误差的模拟结果表明阵列波导的有效折射率和相邻阵列波导长度差ΔL的偏移将会对使中心波长λ0偏离设计值,平板波导有效折射率、阵列波导的间距、罗兰圆聚焦长度R的偏移会使通道间隔偏离设计值.随机误差的模拟结果表明相邻阵列波导长度差、阵列波导中芯区折射率、芯区宽度、芯区厚度的随机波动对AWG的串扰影响较大,而波导上、下包层折射率的波动对AWG串扰影响较小.     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器波导模拟

波导层结构设计是制备太赫兹(THz)量子级联激光器的关键问题之一.本文基于德鲁得(Drude)模型,利用时域有限差分(FDTD)法,对Si/SiGe量子级联激光器的波导层进行优化设计,从理论上对传统的递变折射率波导、单面金属波导、双面金属波导以及金属/金属硅化物波导横磁模(TM模)的模式损耗和光场限制因子进行了对比分析.结果表明,金属/金属硅化物波导不但可以减小波导损耗,而且有很高的光学限制因子,同时其工艺也比双面金属波导容易实现,为Si/SiGe太赫兹量子级联激光器波导层的设计提供了一定的理论指导.     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器波导模拟

波导层结构设计是制备太赫兹(THz)量子级联激光器的关键问题之一.本文基于德鲁得(Drude)模型,利用时域有限差分(FDTD)法,对Si/SiGe量子级联激光器的波导层进行优化设计,从理论上对传统的递变折射率波导、单面金属波导、双面金属波导以及金属/金属硅化物波导横磁模(TM模)的模式损耗和光场限制因子进行了对比分析.结果表明,金属/金属硅化物波导不但可以减小波导损耗,而且有很高的光学限制因子,同时其工艺也比双面金属波导容易实现,为Si/SiGe太赫兹量子级联激光器波导层的设计提供了一定的理论指导.     

超快激光在光波导阵列中的传输

超短脉冲激光在光波导阵列中传输产生的非线性折射率通常会导致功率的局域化,而逐渐形成孤子,本文通过耦合模理论模拟发现,功率局域化的主要条件依赖于波导折射率差,当波导折射率差较小时,随着非线性折射率的增加会出现反局域化的现象。进一步分析发现,波导阵列初始折射率差、非线性折射率差和最大耦合常数对应的饱和折射率差之间的关系决定了局域化和反局域化过程。用高重复频率飞秒激光光刻波导技术制作了波导阵列,注入低重复频率的飞秒激光,引入非线性折射率,观察到局域化和反局域化过程。     

Determination of two-dimensional optical waveguide indexdistribution function parameters from effective indexes

The method described is based on the least-squares method and gives the maximum-likelihood estimate of the parameters. Its practicality is demonstrated by application to waveguides with three types of refractive index distribution. First, the convergence of the method is shown by computer simulations of a waveguide with an exponential refractive index distribution. Second, a Ti-diffused LiNbO ₃ waveguide is considered as an example of a Gaussian refractive index distribution. The computed refractive index distribution agrees with computational results obtained by S. Fouchet et al. (1987). Third, a proton-exchanged LiNbO₃ waveguide is considered as an example of a step refractive index distribution. The computed depth of the waveguide agrees with the measured depth     

多量子阱波导场的等效折射率近似分析

当多量子阱周期与芯区厚度之比趋于零时,利用转移矩阵技术,证明了任意折射率分布多量子阱波导的场分布与其等效折射率波导的场分布近似相等,为利用等效折射率方法分析多量子阱波导特性充实了理论基础,文中的数值实例表明了理论的正确性。     

D型贴膜光纤折射率传感特性研究

本文提出一种贴膜D型光纤用于折射率传感,采用半解析方法建立模型,并分析计算在不同纤芯贴膜距离、贴膜厚度、贴膜折射率、工作波长条件下贴膜D型光纤工作性能,发现其折射率传感性能较普通D型光纤有较大提高,同时设计了两种工作在不同传感要求范围条件下的贴膜D型光纤。     

Design of Optical Circuit Devices Using Topology Optimization Method With Function-Expansion- Based Refractive Index Distribution

We propose a design method for optical waveguide devices based on topology optimization with alternative expression of refractive index distribution. In our approach, a refractive index distribution in a design region is expressed by an expansion with some analytical functions and gray area, which has intermediate refractive index between usable materials, does not appear. We can obtain better results in the optimization of waveguide bends and branches, compared with the widely used density method.     

平面波导激励的对称型表面等离子体共振结构的研究

研究了一种平面波导激励的对称型表面等离子体共振（SPR）结构,该结构以一定厚度的介质两侧覆盖金属层为核心。理论分析表明,该结构的TM0模式为表面波。研究了一定波长下不同介质时金属膜间介质厚度与等效折射率之间自勺．关系。采用离子交换技术制备了多模平面波导,对其等效折射率进行了测试,采用平面波导激励对称结构的等离子体表面波...     

Waveguide Filter for Reducing Crosstalk in All Optical Networks

A novel filter structure which can reduce the crosstalk in cross-connection and switching in all optical networks based on dense wavelength division multiplexing(DWDM) is presented.The filter is constructed by dielectric waveguide with the waveguide boundary or the waveguide itself uncontinuous in transmitting direction.Using the concept of effective refractive index of plane waveguide system, we can get a special index profile along the wave propagation direction by alternatively changing the thickness of waveguide film or its refractive index.Having proved this kind of waveguides with filtering properties, the design principle of an example is given, which will be very useful to reduce the crosstalk in optical cross-connection and switching in all optical networks based on DWDM. This kind of filters can be easily connected with other related component.     

缓冲质子源LiNbO3波导折射率计算及实验

为实现铌酸锂退火质子交换(APE)波导折射率分布的准确计算,选择含苯甲酸锂的苯甲酸缓冲液作为质子交换质子源,高温退火制作了波导样本.针对该工艺过程建立退火质子交换波导模型,包括非线性扩散模块和光学数值仿真模块,分别计算APE波导折射率及其模式有效折射率.以测得的样本波导模式有效折射率和计算的有效折射率差的均方根构建评价函数(FOM),结合遗传算法提取该工艺条件下质子扩散参数,实现了不同交换深度和退火时间波导折射率分布及其光学特性的一体化计算.实验表明:FOM小于0.001,计算折射率分布同IWKB方法测得结果吻合较好,最大偏差约0.002.     

Goos-Hänchen shift as a probe in evanescent slab waveguide sensors

The present paper deals with three-layer planar waveguide optical sensor. Different from the conventional slab waveguide sensors in which the effective refractive index of the propagating mode is taken to be the probe for detection changes in the analyte refractive index, we adopt Goos-Hänchen (GH) shift as the sensing probe for the proposed sensor. We show that the GH shift is strongly dependent on the refractive index of the cladding, thus it is a good candidate for detection changes in the analyte refractive index. We present and study the sensitivity of the GH shift at the cladding-film and substrate-film interfaces. It is found that GH shift has a high sensitivity and can be used for versatile optical slab waveguide sensors.     

Liquid core modal interferometer integrated with silica waveguides

An integrated structure is demonstrated as a refractive index sensor. The structure consists of a liquid-filled elliptical microchannel embedded in silica glass and integrated with waveguides. The microchannel features entry points that are open to the top surface of the device and distinct from the optical input. The structure allows light to couple from a solid-core input waveguide to the liquid-core waveguide formed by the microchannel, and back to a solid-core output waveguide. Bimodal interference allows the structure to be sensitive to the refractive index of the liquid, with a full beat corresponding to a refractive index change of /spl sim/10/sup -4/. The structure allows the direct integration of optical fluids with silica waveguides for sensing and optical processing applications.