一种新型的波导矩阵光开关

摘要：在分析马赫-曾德尔干涉仪（MZI）基本结构的基础上,定义了二种开关形式,以二者作为结构单元,采用Banyan网络结构,提出了一种新型的可实现1：k(k＞1)多路连接的波导矩阵光开关,以2×2、4×4矩阵光开关为例,给出了该类光开关的结构和功能。对MZI结构进行了性能模拟和优化,分析了Banyan网络中交叉连接损耗与交叉角度的关系,并由此对整个开关的插入损耗进行了分析。基于PLC技术制作出相应的MZI开关单元及2×2、4×4波导SiO2光开关实物,测试结果与仿真结果基本吻合,开关时间均小于1ms,该类光开关能够很好地实现多路开关的功能。     

脊矩过渡波导加工工艺改进

脊矩过渡波导是某雷达产品中将矩形波转换为脊形波的零件,其腔体结构复杂,腔体四壁及腔内凸台在不同方向形成了不同的斜度,通过分析脊矩过渡波导腔体结构特征,引入慢走丝线切割锥度加工技术对零件加工工艺进行改进,从而提高零件的加工精度,缩短加工周期,节约生产成本。同时,脊矩过渡波导改进后的加工工艺方案为类似零件的加工提供参考。     

脊波导TRL校准技术的研究

本文首先讨论了矢量网路分析仪TRL校准技术对校准件的要求，并根据校准原理设计出了脊波导TRL校准件的尺寸。由于脊波导脊的重合性对校准件与测试端面连接处的反射具有较大影响，对校准件采用精确定位和表面抗氧化处理。最后利用网络分析仪的10项误差修正原理完成了脊波导的TRL校准，实现了脊波导器件微波参数的准确测试。     

一种新型的波导组合件——小R波导弯角件

当前,国外在很多频段的馈线系统中,采用一种新型的结构件——组合波导元件。这种组合波导元件采用预先生产好的各种小R波导弯角件(见图1),配上一些直波导段拼装焊接而成,加工极为方便。图2就是用三种弯角件(90°H,90°E,45°H)拼焊而成的组合波导。由于大容量微波通信对波导传输系统要求越来越高,不仅要求整个系统的电压驻波比低,而且系统内各个基本波导元件驻波比必须很小,一般不允许超过1.02。如果电压驻波比     

一种平面形式的矩形波导和微带线集成结构研究

通常从微带线到矩形波导的过渡是通过三维（3D）复杂的安装结构实现的。现提出一种新的平面结构,将微带线和矩形波导完全集成在同一衬底上,并通过一个简单的锥度相互连接。实验结果表明,在回波损耗为20 dB时,该结构的有效带宽为12%,带内插入损耗优于0.4 dB。新的过渡结构可以在同一衬底上实现波导组件与MIC和MMIC的完全集成。     

基于基板集成波导喇叭天线的研究

基板集成波导(SIW)因具有加工容易、传播损失小等特点在微波天线领域广受关注,常被作为雷达天线设计的主要方式之一。这种SIW的天线设计采用超低损耗的PCB材料,降低损耗增大天线辐射。以基于基板集成波导的喇叭天线作为解析对象,探讨了几种喇叭天线的开口形状,旨在实现更高的天线增益。对SIW天线进行解析时,针对导体圆柱产生的电磁散乱波采用了基于全域基函数的矩量法(MoM)。通过对整个波导通路的分析,研究了喇叭内部的电磁波分布情况,并基于此探讨了喇叭天线形状对天线增益的影响。结果表明：类抛物线形的喇叭天线比传统的喇叭天线具有更好的天线增益。     

一种新型的光子晶体波导

提出了一种新型的能够实现定向辐射的光子晶体波导。数值仿真结果显示这种光子晶体波导具有更好的定向辐射性能。这种结构能够用于提高传统的介质波导和光子晶体波导之间的耦合效率。     

一种分析磁光波导的近似方法

提出了应用频谱指数法对磁光薄膜波导中非互易相移进行近似计算的模型.频谱指数法可以快速而准确地求解在磁光薄膜波导中传播的电磁波方程,得到本征模的传播常数及电磁场的截面分布状态.这种方法通过运用傅立叶变换对肋形光波导产生一频谱指数,进而将求解的问题简化为求解一维方程,因而很容易对方程进行求解.与精确的数值分析法(如有限元法,有限差分法等)相比,计算的复杂度大为降低,在保证计算精确度的前提下,计算速度显著提高.     

倏逝场照明的集成零模波导纳米孔芯片

为了降低零模波导照明系统的成本、缩小尺寸,设计并完成衍射光栅、光波导以及零模波导的片上集成,并对集成化芯片的微纳结构及性能进行验证.采用时域有限差分法对集成化芯片进行了仿真设计,基于微纳加工手段制备出片上衍射光栅、光波导以及零模波导阵列结构,对微观结构进行表征,并借助荧光微球对芯片的性能进行验证.通过荧光微球测试,制备...     

一种雷达双路波导交连的设计

双路波导交连主要是将两路矩形波导变换成两路同轴波导再变换回两路矩形波导。文中主要论述了某双波段相控阵雷达波导交连的关键技术及实现方法。借助微波电磁仿真软件HFSS,对Ku波段和C波段双路交连进行了仿真设计,理论上拓宽了双路交连的工作带宽。通过热设计仿真手段,得到交连内部的温度场、最高温度及其所在位置,验证了交连工作过程中不会出现高温打火失效情况。对试制样机进行了实验测试,结果表明电性能满足设计要求。     

压力作用于LiNbO3脊形波导的模场分析

为了实现基于光弹效应的光波导压力和加速度传感器,需要了解光弹波导中的模场变化。根据晶体的光弹效应理论,分析了在压力作用下M-Z结构LiNbO_3脊形波导中折射率的改变,采用三维FD-BPM法对光弹波导中的导模场进行仿真,并运用光波导的电磁理论对仿真结果进行分析。由仿真及分析结果得出:在压力的作用下,波导的折射率增加,波导中导模光场增大,并且波导对光波能量的约束作用增强。     

太赫兹介质波导与金属波导模式转换的设计

为实现太赫兹介质波导与金属波导之间模式的转换,设计了一种低损耗、高耦合效率的锥形波导耦合器。通过有限时域差分法（FDTD）对该结构的传输效率进行了仿真优化。仿真结果表明：锥形波导耦合器在170～220 GHz频段,其基模的传输损耗极低;在190～200 GHz频段,其TM基模的传输损耗接近无。该功能器件可以用于集成太赫兹芯片的耦合。     

TM导模激励的对称型表面等离子体共振结构的研究

提出并研究了一种新的、可用TM导模激励的对称型表面等离子体共振结构,共振条件通过调节两金属薄膜之间的间隙来满足,提高了应用范围和使用灵活性。实验采用0．004AgNO3--0．996NaNO3混合盐制备了离子交换波导,金属膜为70nmAg膜,测试表明在两金属膜十分靠近时可以发生表面等离子体波的激发。     

无基膜高深宽比双面集成微结构元件的制作

基于双面集成微结构薄片元件在集成光学成像、光束整形等方面的应用日益普及,针对其中一些一体化、高深宽比结构在制作方面的难点问题,本文提出一种无基膜支撑、高深宽比的双面集成微结构元件的制作新方法——紫外压印改进技术。通过该方法,成功地制作了无基膜、高深宽比结构的集成导光板样品;样品上下表面微结构形貌与金属模具在误差范围内保持一致,转印复制过程的物理结构形变小,且样品的厚度整体均匀、平整无翘曲。实验结果表明,本文提出的紫外压印改进技术方法能有效地制作无基膜支撑、双面集成高深宽比的微结构元件,可望在集成光学成像及光束整形、匀光、导光、聚光等光学器件制作领域有良好应用。     

用于爆炸辐射电磁脉冲时域测量的集成光波导电场传感器研制

针对爆炸辐射电磁脉冲(EMP)上升沿快、脉宽窄、峰值场强高等特点,设计并研制出一种集成光波导宽带电场传感器。使用标准雷电电磁脉冲(LEMP)对研制的传感器进行时域标定得出,传感器能够不失真地测量出LEMP的时域波形,且最小和最大可测电场分别约为1.4和10.8 kV/m;使用连续波电场对传感器进行频域标定得出,传感器最小可测电场为52.5 mV/m,且在9 kHz～1 GHz响应波动在±4 dB以内。最后在国内某试验基地搭建了基于研制的光波导电场传感器的爆炸辐射EMP现场测试系统,分别对距爆炸点不同距离处的辐射EMP进行时域测量。结果表明,爆炸辐射EMP的产生滞后爆炸发生约几毫秒;辐射EMP为一系列双极性脉冲组成的脉冲串,单个脉冲宽度在100μs以内,脉冲串宽度在2 ms以内,频率在17.5～35 kHz;在距离爆炸物5 m以内的爆炸辐射EMP峰值场强在5～10 kV/m。本文研制的光波导电场传感器具有全无源、宽带宽、对被测电场干扰小、体积小、强抗电磁干扰等特点,为爆炸辐射EMP的时域测量提供了一种新的技术手段。     

级联Y分支光波导的优化设计

设计了一种适于级联的Y分支结构。因光输入场不对称产生高阶模,且光输入区的畸变而产生的辐射场与导模之间容易发生干涉,这些因素导致Y分支输出不均匀。在输入波导后添加一段起模式过滤作用的窄波导结构,可以在对器件长度及损耗影响很小的情况下,有效滤除高阶模,减小干涉效应,改善器件输出的均匀性。使用该结构设计并优化的1×4分束器,在输入光波长为1.3μm、1.55μm时,器件均匀性可以分别达到0.0191dB和0.0214dB。     

LiNbO3基Sn-As2S8单偏振单模波导电光开关的设计

掺锡非晶态硫化砷(Sn-As_2S_8)半导体具有独到的光阻断效应,与电光效应晶体结合有望构成新的功能器件。为此提出了一种以铌酸锂(LiNbO_3)为基板、以Sn-As_2S_8半导体为导波的马赫一曾德干涉型电光开关的方案。阐述了器件设计的理论和方法,设计了LiNbO_3基Sn-As_2S_8单偏振单模波导,对3dB定向耦合器做了取点扫描法优化设计,对电压与电极长度之间的关系进行了定量计算。器件经三维BPM仿真表明,在外加电压on和off的情况下,输出端口可分别实现(0.14±0.06)%和(99.95±0.02)%的耦合效率,显示出良好的电光开关功能。     

一种基于脊线的层级分水岭新算法

针对传统V.S.分水岭算法存在的过分割现象,提出一种基于脊线的层级分水岭算法。通过对传统V.S.分水岭算法中浸没过程的适当改进,找到完整无冗余的区域脊线;再次修改浸没过程,仅对脊线进行多级迭代的分水岭再分割,即可完成区域分割。实验结果显示:该算法能处理传统V.S.分水岭算法的过分割现象,且计算速度较快。     

基于狭缝波导的太赫兹场限制能力及频带宽度的研究

狭缝波导由于具有将光场限制在中间空气狭缝区域中传输的特性,使其可用来提高太赫兹集成器件的性能。为了分析狭缝波导结构的太赫兹场的传输特性,利用二维有限时域差分法(COMSOL-光学模块)得到了硅材质的狭缝波导在波长为450μm时的太赫兹场的传输模式和频带宽度,并获得了狭缝波导结构参数与狭缝区域太赫兹场限制能力的关系以及与频带宽度的关系。研究结果为太赫兹狭缝波导的设计提供了参考。