非对称结构阵列波导光栅解复用器的传输效率

基于光波导模场分布的高斯函数近似表达式,给出非对称结构阵列波导光栅解复用器信号通道对其中心波长光谱响应度的函数表达式,分析了光谱响应度与器件基本参数的关系.基于实际通道信号光谱分布的高斯函数近似表达,给出非对称结构阵列波导光栅解复用器信号通道对实际输入信号的传输效率,分析了输入信号光谱宽度对器件通道实际传输效率的影响.     

任意单模光波导模场半径的新定义及其与拼接损耗和色散的关系

本文给出了一种基于远场二阶矩的任意单模光波导模场半径的新定义,并给出了新定义及Hayata等的定义的远场形式。导出了两相同任意单模光波导的横向偏移损耗、角向偏移损耗与新定义及Hayata等的定义的关系式,导出了任意的各向同性单模光波导传播常数β和色散与新定义的简单关系式。光波导为圆对称时,我们的结果与已有结果完全一致。当光波导为椭圆芯光纤时,我们的公式与椭圆高斯近似的公式在形式上完全相同,只是模场半径的定义不同罢了。     

对称非线性包层平板波导TE0模的“平台形”场分布

分析了包层及衬底均为非线性Ｋｅｒｒ型介质、芯区为线性均匀介质的三层平板波导的ＴＥ０模特性,理论分析及典型实例计算表明：对于自聚焦情况,模折射率增大时,芯区场的极大值逐渐减小,对于一定的光功率,模折射率与芯区折射率相等时,芯区的场分布呈均匀的“平台形”分布,而两侧场则迅速衰减;模折射率继续增大时,场分布的极值进入芯区两侧,而芯区场分布呈下凹形,给出了自聚焦对称三层平板波导ＴＥ０模的场分布曲线,功率随     

两种模场半宽的定义在计算角向偏移损耗中的误差比较

本文提出了任意折射率分布单模平面光波导模场半宽的近场二阶矩定义ω_(BMS),导出了角向偏移损耗的准确式、近场二阶矩定义下的近似式及其误差估计式。对阶跃对称单模平面光波导的计算表明:在常用工作参数范围内,当归一化角向偏移量较小时,用ω_(BMS)算得的角向偏移损耗比用高斯最小二乘拟合模场半宽算得的结果更准,而且用误差估计式来估算用W_(BMS)计算角向偏移损耗的误差是合适的。     

对称非线性包层平板多量子阱波导TE模的传播特性

分别用精确计算和方均近似方法得到了包层及衬底均为非线性Ｋｅｒｒ型介质、芯区为多量子阱的对称平板波导中ＴＥ模的传播特性。数值计算表明,当芯区多量子阱的层数较多时,方均根近似方法得到的结果与用精确方法得到的结果一致。此时多量子阱波导可以等效为均匀介质。对于自聚焦情况,在合适的光功率下,当分界面处包层（及衬底）的有效折射率与芯区折射率相等时,芯区的场分布呈无效分布而两侧的均呈指数式衰减;功率继续增大时,     

非线性平板波导中均匀芯区场的归一化形式

通过理论分析及典型实例计算，分析了包层及衬底均为非线性Kerr型介质、芯区为线性均匀介质的对称3层平板波导的TE0模出现均匀场分布的条件及其归一化形式。给出了自聚焦和自散焦情况下对称3层平板波导TE0模的归一化场分布曲线以及功率随归一化模折射率变化曲线。     

对称非线性包层平板多量子阱波导TE模的传播特性

分别用精确计算和方均根近似方法得到了包层及衬底均为非线性Ｋｅｒｒ型介质、芯区为多量子阱的对称平板波导中ＴＥ模的传播特性。数值计算表明,当芯区多量子阱的层数较多时,方均根近似方法得到的结果与用精确方法得到的结果一致,此时多量子阱波导可以等效为均匀介质。对于自聚焦情况,在合适的光功率下,当分界面处包层（及衬底）的有效折射率与芯区折射率相等时,芯区的场分布呈均匀分布而两侧的场呈指数式衰减;功率继续增大时,场分布的极值进入芯区两侧,而芯区场分布呈下凹形。对于自散焦情况,波导对导波场有较强干线性波导的束缚作用,且随光功率的增大而增强。     

大模场双包层光纤熔接的功率对准技术研究

为了提高高功率光纤激光器中大模场双包层光纤的熔接质量,采用NUFERN 20/400μm双包层光纤搭建了光功率对准系统,对大模场双包层光纤中存在包层光以及纤芯中只有基模和存在高阶模时光纤径向偏移与耦合效率的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明,大模场双包层光纤中包层光和纤芯中高阶模的存在使耦合效率对径向偏移变化的敏感度降低,滤除包层光和高阶模后耦合效率随光纤径向偏移量呈高斯型变化; 使用光功率对准系统搭建千瓦级双端抽运激光系统,最大输出功率约1170W,光光转换效率约73%,光束质量约1.22,实现了千瓦级准单模输出。光功率对准技术能够实现待熔光纤的精确对准,对高功率光纤激光器输出性能的提升有重要意义。     

对称非线性包层平板波导TE_0模的“平台形”场分布

分析了包层及衬底均为非线性Ｋｅｒｒ型介质、芯区为线性均匀介质的三层平板波导的ＴＥ０模特性．理论分析及典型实例计算表明：对于自聚焦情况,模折射率增大时,芯区场的极大值逐渐减小,对于一定的光功率,模折射率与芯区折射率相等时,芯区的场分布呈均匀的“平台形”分布,而两侧场则迅速衰减;模折射率继续增大时,场分布的极值进入芯区两侧,而芯区场分布呈下凹形．给出了自聚焦对称三层平板波导ＴＥ０模的场分布曲线,功率随模折射率变化曲线及芯区功率与总功率之比随总功率的变化曲线．还计算了自散焦情况下的场分布及功率变化,在一定条件下,芯区也会出现等振幅分布．     

PPLN光波导中传输光波模场重叠因子分析

为了研究铌酸锂光波导中传输光波模场重叠因子对波长转换效率的影响,采用有限差分的方法进行了波导中传输光波模场及差频波长转换效率的研究,得到了波导中1560nm基频光和780nm倍频光光场分布以及引入模场匹配因子进行修正后的差频波长转换效率。结果表明,修正后的转换效率理论值与实验结果更加吻合,并且能够得到直接键合铌酸锂波导的最佳尺寸。这为周期极化铌酸锂脊形光波导的设计提供了理论依据。     

Characteristic Analysis of Diffraction from Restricted Output End Surface of Multiple Quantum Wells Planar Waveguide

Based on Rayleigh-Sommerfeld scalar diffraction formula, analyzed is the diffraction field distribution of the restricted output end surface of multiple quantum wells planar waveguide by slit. Obtained is its analytical expression of field distribution, which permits accurate and effective study on the characteristic of diffraction field from the restricted output end surface of the waveguide by slit. Then, the variation curve of the beam propagation factor M2 versus the slit width is computed by the second moment method. It is useful for understanding the restricted diffraction properties of the multiple quantum wells planar waveguide. When the slit half width is bigger than the core layer＇s half width, the beam propagation factor M2 value tends to a constant 1. 108. Therefore, the corresponding field amplitude distribution is approximated by Gaussian function, and the far field divergence half angle（θ0,G=0. 091 8） is calculated by matching efficiency method.     

平面波导TE0模的远场衍射特性分析

由瑞利-索末菲标量衍射积分公式出发,推导出中央亮条纹强度半最大值处的空间频率满足的方程;阐明了平面波导TE0模远射远场的中央亮条纹强度半最大值空间频率宽度随波导归一化频率增大而增大;给出中央亮条纹强度半最大值全角宽度与工作波长、波导宽度和波导相对折射率关系曲线。     

PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

渐变太赫兹椭圆-双曲线形连接器的理论分析

为了实现太赫兹高斯光束与双曲线形金属波导的高效耦合,设计了一个渐变的椭圆-双曲线形金属波导连接器。此波导连接器的输入端是矩形的,输出端是椭圆-双曲线形的。在渐变的过程中,矩形金属波导的TE01模逐渐转变成双曲线形金属波导的椭圆偏振模。根据WKB近似,这个缓慢渐变的波导消除了反射和散射,TE01模和椭圆偏振模的耦合效率可以高达94%。最终,经过这个渐变连接器,高斯光束和双曲线形金属波导的耦合效率可以提高到69.1%。     

法拉第磁光波导的耦合模分析

利用法拉第磁光效应可以设计光纤磁场传感器。在磁场传感过程中，磁光晶体薄膜波导的TE模和TM模式之间将发生转换，：其转换效率与磁光晶体的法拉第旋转角度和双折射有关。本文建立了磁光波导的耦合模方程，分析了磁光波导中的TE—TM模转换，提出了通过减小线性双折射和增大法拉第旋转角来提高TE—TM模耦合效率的措施，这些措施有利于增大光束TM模的输出功率并提高光纤磁场传感器的灵敏度。     

Characteristic Analysis of Diffraction from the Restricted Output End Surface of Single Mode Planar Waveguide

As for single mode symmetric step refractive index structure dielectric planar optical waveguide, when its output end is restricted, the diffractive field distribution is derived. It can be expressed as the convolution between the Dirac function and the Sinc and Lorenz functions. It is helpful to deepen the recognition of the restricted diffraction. The characteristic of the diffractive field is discussed. The variational curve of the full angle width at half maximum intensity of central bright fringe versus the half width of slit is presented by numerical calculation, and the fitting curve with the exponential function is close to it.     

椭圆光波导解析解及第一个高阶模的截止频率研究

本文对椭圆光波导进行了严格的求解，得到了模场的精确解析解，导出了模式特征方程，并且证明了圆光波导仅是椭圆光波导的一个特例。文中还对第一个高阶模的特征方程进行一数值求解，得出不同椭圆度下的有效折射率与归一化频率的关系曲线及第一个高阶模的归一２化截止频率随椭圆比的变化。     

三层介质波导中TE波的转移矩阵及场分布研究

从TE波的波动方程出发,根据电磁场的边界条件,推导出了三层介质平板波导中电场的表达式,得到了波导层TE波的转移矩阵和模式本征方程,并计算出了光波的功率流密度分布,通过对传输功率流的分析得到:在平板介质波导中,传输电磁能量的厚度大于薄膜的实际厚度.最后用Matlab描绘的本征值图对场分布进行了研究,从图中得到:在对称平板波导中没有截止厚度和截止频率,而非对称平板波导中存在截止厚度和截止频率,薄膜厚度越大,能承载的导模数越多.