高效二维光子晶体偏振光分束器的设计

基于光子晶体线缺陷波导在不同偏振模式下的色散特性差异,提出了一种偏振光分束器的设计方法,利用具有完全禁带的二维三角晶格光子晶体,通过增大线缺陷波导侧边空气柱的半径,得到仅能传输单一偏振模式的单模光波导,并结合微腔与波导间的共振耦合原理设计了一种高效的偏振分束器。用时域有限差分法模拟了偏振分束器的传输特性,结果表明,当归一化频率为0.3654的光入射时,偏振分束器能够高效率大角度分离TM和TE两种不同模式的偏振光,且TM模与TE模输出光的偏振消光比分别为28.9dB和32.7dB,器件尺寸为20.4μm×12.3μm,该设计在未来集成光回路中有着很大的应用潜力。     

基于完全带隙的蜂窝型光子晶体偏振分束器

利用二维蜂窝晶格介质柱型光子晶体,设计一种带有微腔结构的光子晶体偏振分束器.采用平面波展开法计算该结构的光子带隙,并使用时域有限差分法得到其电场分布图和透射率,进一步分析所设计器件的消光比.结果表明:所设计的偏振分束器在波长1 550 nm处实现了横电(TE)模和横磁(TM)模的120°偏振分离,透射率均达98%以上,偏振最高消光比分别达到29.21和19.01 dB.并且偏振分束器尺寸较小,仅为14μm×16μm,结构紧凑,满足偏振分束器易于集成、透射率高、抗干扰强等要求,在未来光学元件和集成光路中具有良好的应用前景.     

近红外铌酸锂光栅耦合器耦合效率优化研究

提出了一种基于铌酸锂导模结构的高效光栅耦合器设计方案及其优化的光学激发配置.利用有限时域差分算法对光栅耦合器的耦合效果进行了数值分析;主要研究了光栅周期、光栅占空比、二氧化硅隔离层厚度,以及入射光的偏振和角度对光栅耦合效率的影响;对在共振波长和非共振波长处空间光传播电场图像进行了模拟.理论仿真结果显示,在光栅周期为650 nm、光栅占空比为0.3、刻蚀深度为130 nm时,利用横磁(transverse magnetic,TM)偏振光沿光栅法线夹角17°方向入射,可获得优化的光栅耦合效率～38%,从而有效地将空间光耦合进入铌酸锂亚波长波导薄膜中,这对铌酸锂微纳光栅耦合器的设计和性能应用有借鉴和参考价值.     

夹层嵌入式金属光栅偏振分束器的设计

为获得高性能的宽带偏振分束器,设计了夹层式金属光栅模型。应用遗传算法对光栅参数进行优化,设计出具有高消光比、宽带宽的偏振分束器。采用严格耦合波理论对其性能进行分析研究。模拟结果表明,该模型在波长范围900nm~1200nm之间,入射角-30°~30°,具有优良的偏振分束效果,衍射效率可达到95%以上。TE波反射效率和TM波透射效率最高分别可达到96.8%和97.5%,结构模型消光比高,TE波的反射消光比和TM波的透射消光比分别可达到37dB和33dB,该光栅结构简单紧凑,制作灵活且性能稳定。     

二维三角晶格光子晶体的带隙计算和波导的传输效率分析

采用平面波展开法对二维三角晶格介质柱光子晶体和空气孔光子晶体分别在TM和TE极化下的带隙进行了计算;采用时域有限差分法分别计算了TM模和TE模在二维三角晶格介质柱和空气孔弯曲波导中的传输效率。研究对设计高传输效率的光子晶体波导定向耦合型器件具有重要意义。     

质子交换在铌酸锂和同化学剂量比铌酸锂晶体中形成光波导

报道了用质子交换法在铌酸锂晶体和同化学剂量比铌酸锂晶体中形成了光波导,在633和1539nm波长下,用棱镜耦合法测量了波导的暗模特性;端面耦合得到波导的近场光强分布,与普通铌酸锂质子交换形成光波导的近场输出相比,输出光强均匀而且比较亮,说明在同化学剂量比的铌酸锂中形成的光波导质量要好些．对普通铌酸锂晶体质子交换光波导,研究了波导退火特性,经过退火,折射率分布由阶跃型转变成渐变型的,退火的时间越长,折射率分布变化的趋势越缓慢;并给出了不同交换时间下样品的RBS／Channeling谱,与未进行交换的样品相比,质子交换铌酸锂的沟道谱的产额有增高,而且交换时间的越长,产额增高的越多．     

基于脊型波导的跑道型环形谐振器的偏振模式分离特性分析

设计和分析了基于绝缘体上硅的脊型波导的偏振模式分离谐振腔。通过分析超小脊型波导的模式双折射,将该微环谐振腔应用到定向耦合器,实现从准TE和准TM偏振模式在特定波长范围内同一输出端口的分离。试验证明,准TM偏振模式分离后的Q值达23 000±1 000,是未分离时的两倍。该新型跑道型环形谐振腔的特点在光学元件中的应用非常有前景,为新型环形耦合器的深入研究提供了理论参考。     

高功率毫米波过模波导模式耦合设计

在模式耦合理论的基础上,对过模圆波导模式耦合进行了系统研究,得到了最优几何参量.采用不同的相位重匹配方法和选择相应的几何结构,对TM01-TE11、TE01-TM11、TE0-TE01、T01-TE,11.模式变换器进行了优化分析,以此结果可设计出相应的紧凑、高效、宽带毫米波过模波导模式转换器.     

半矢量有限差分波束传输法求解多模波导模场

三维波导的模场具有偏振特性(TE或TM模),针对三维脊型光波导模场的偏振相关性,对于不同偏振方向的模场构造满足不同边界连续性条件的差分格式,结合交替方向隐式FD-BPM来处理三维波导问题,分析了多模脊型光波导的模场,得到各阶导模的模传播常数和模场分布.利用该方法得到的模场可以基于同一套空间差分网格而直接用于波导器件的FD-BPM功能模拟,避免为了分析波导模场而去寻求另外的方法.     

宽光谱宽视角亚波长金属偏振分束器的研究

基于严格耦合波分析设计了一种亚波长金属偏振分束光栅,通过遗传算法优化出最佳光栅结构。该光栅在1429λ1700nm波段,TM波的0级透射率和TE波的0级反射率优于90%,入射角-27.5°θ27.5°时,光栅透射和反射消光比都大于20dB,达到了宽光谱、宽视角的要求。数值分析表明光栅对周期、槽深具有优良的工艺容差。     

实现双偏振光波信号单向传输的二维光子晶体异质结构设计

将全反射引入到异质结交界面,设计了一种双偏振态下可以实现光信号单向传输的二维四方晶格固固光子晶体异质构。该异质结构是由硅柱嵌入二氧化硅背景材料的光子晶体和二氧化硅柱嵌入硅背景材料的光子晶体叠加而成。该结构实现了光通信中心波长1 550nm附近的双偏振态光波信号单向传输。分析了不同偏振态下的能带结构,结果表明:由于在异质结交界面处的全反射耦合作用,该异质结构不再受到方向能带的束缚,实现了光波信号的单向传输。此外,还优化了结构周期和输出波导宽度,使得TM和TE偏振的单向传输效果得以增强,对比度提高,并且拓宽了单向传输范围。     

双向电光调谐的可重构光分插复用器模拟设计

设计了一种新型的电光调谐可重构光分插复用器(ROADM).由于采用电光效应作为调谐手段,它具有超高的响应和调谐速度.在X切Y传的铌酸锂晶片上以钛扩散工艺制作偏振分束器等波导结构,偏振转换电极和电压调谐电极交替分布,以相互正交的两个方向的电场诱发上/下载波长附近的偏振模式转换,进而实现滤波功能.其中偏振转换电极由结构相同的多组叉指电极组成,每组叉指电极独立供电.计算表明,合理选择各电极电压可得到25,nm的调谐范围、1,nm以下的输出频谱半极大值全带宽(FWHM)以及30,dB以上旁瓣抑制,并且可以实现FWHM的动态可调.     

硅基宽带双偏振单模狭缝波导（英文）

采用三维平面波法和三维有限时域差分法,研究了硅基单模狭缝波导的双偏振特性.通过调节狭缝波导中硅介质的宽度,获得了宽达320.6 nm的双偏振带宽;并且发现在该带宽范围内,准TE模式的电场强度在狭缝中均具有增强效果,并且狭缝中光限制因子均大于60%.该研究结果可为设计其他与偏振相关的硅光子器件提供参考.     

铌酸锂的晶体结构

铌酸锂拥有光学、铁电、电光、弹性、弹光、光折射等优良性质,它被广泛应用于集成光和光波导器件.结构决定性质,为此,本文较详细地介绍有关铌酸锂的晶体结构知识.     

金属-有机-金属电激发表面等离激元器件

在p型硅衬底上,制备了金属有机金属(metal-organic-metal,MOM)电激发表面等离激元器件。器件结构是p-Si/Au/V2O5/NPB/Alq3:DCM/Sm/Au,掺杂DCM的Alq3为发光层。高倍显微镜下,器件侧面发光图像显示,绝大部分光被限制在双金层结构波导中传播。采用微区共焦拉曼光谱仪,分别测量了侧面出射的非偏振模式、TM模式和TE模式电致发光谱。TM模式强度约为TE模式强度的2倍。分析认为,具有TM偏振特性的表面等离激元(surface plasmon polariton,SPP)在侧面电致发光中起重要作用。发光体的能量耗散谱表明SPP模式能量约占总能量65%。利用时域有限差分法(finite-different time-domain,FDTD)对简化结构进行模拟,得到了泄漏模和SPP模式的二维电场强度分布。     

低半波电压铌酸锂薄膜电光调制器仿真与分析

针对铌酸锂薄膜Mach-Zehnder电光调制器存在半波电压较大的问题,采用有限元法对方向耦合器耦合模理论进行分析,并对电光调制器的关键结构参数进行优化设计。结果表明：两干涉臂光功率差与波导耦合长度呈正弦函数分布,最小波导耦合长度随耦合间距的增大而增大。在调制臂长度为2 cm,光波长为1550 nm时,仿真计算的半波电压值V_π为0.9 V,半波电压长度积为1.8 V·cm,消光比达到26 dB。通过调制臂截面分析,得到静电场分量E_x,电位移矢量D_x,以及光模分布,并计算出电光重叠积分因子Γ为0.586。基于上述仿真结果,与以往现有的电光调制器的半波电压（1.4～10.2 V）相比,经优化后的电光调制器的半波电压更低,进而使器件的功耗更低,有利于大规模光电集成。     

模转换问题的二维标量有限差分波束传输法

为了使用标量有限差分波束传输法求解耦合的波动方程,使用两套网格分别代表两种耦合场变量(TE模或TM模),建立无条件稳定的隐式差分方程组,精确求得完全模转换的转换长度,针对二维LiNbO3TETM转换器给出算例。     

指向耦合器型TE/TM模分离器模式传输特性及损耗分析

用光束传播方法(BPM法)分析了有金属覆盖层的指向耦合器型TE/TM模分离器的传输特性,计算了波导损耗.     

基于提高MEMS器件光取出率的环形光子晶体结构设计

光子晶体在通信、激光以及光子集成等方面有着广泛的应用前景。然而,由于传统圆形光子晶体微腔是一种形成偏振的结构,不能高效兼顾TE和TM电磁波,使其应用受到了限制。微机电系统MEMS由于其微小尺寸的限制,较难提高涉及到光学器件的光取出率。因此我们将光子晶体和光学微机电系统器件相结合,运用FDTD的方法,设计了一种无偏振环形光子晶体的结构,能够兼顾TE和TM电磁波,提高器件光取出率。经过结构优化,当环形光子晶体的周期在a=560 nm、内半径r=249 nm、外半径R=271 nm以及厚度d=410 nm时,发现在波长1 310 nm处存在光子禁带。成功实现了光子晶体表面在低损通信信道的共振,从理论上扩展了光学MEMS器件的应用范围。     

一种六角点阵结构的金线填充偏振分束器

目的 基于光子晶体光纤的特殊结构，设计一种六角点阵结构的金线填充偏振分束器。六角点阵结构和金线填充设计有利于获得高双折射，使其具有更小的耦合长度，有利于器件小型化。方法 利用矢量光束传播法设计，并对偏振分束器的特征性能参数进行了数值计算分析。结果 当偏振分束器的周期Λ=1.14μm,相对孔间隔比d/Λ=0.733,椭圆率为0.78时，该光子晶体光纤偏振分束器的长度为369.24μm,在1.55μm处消光比为-37.8 dB,低于-10 dB消光比的带宽为18.9 nm。结论 计算结果表明，通过金线填充的光子晶体光纤，获得了短耦合长度、宽工作带宽的偏振分束器。