安庆师范大学物理与电气工程学院, 安徽 安庆 246133
设计了一种非对称臂马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型硅基二氧化硅偏振分束器(PBS), 在1535～1565 nm波长范围内, 其偏振消光比大于20 dB, 插入损耗大于-0.5 dB。采用有限差分-束传播法(FD-BPM)进行误差分析, 分别计算了多模波导的宽度和长度以及非对称臂的宽度和长度误差对偏振分束器性能的影响。仿真结果表明, 多模波导长度和非对称臂长度误差分别小于±2 μm和±4 μm时, 偏振分束器的消光比和插入损耗仍能保持较好的结果; 而要保持20 dB以上的偏振消光比, 多模波导宽度误差应小于±500 nm, 非对称臂宽度误差应小于±4 nm(宽臂)和±2.5 nm(窄臂)。非对称臂宽度对工艺的要求比较高, 拟利用热光效应改变波导折射率来补偿波导尺寸变化引起的相位误差, 以便下一步制备出高性能的硅基二氧化硅偏振分束器。
光学器件 硅基二氧化硅波导 偏振分束器 有限差分-束传播法 误差分析 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 122301
邢台学院物理与电子工程学院, 河北 邢台 054001
针对半导体激光二极管(LD)与单模尾纤(SMF)的耦合问题, 提出了一种基于渐变折射率光纤(GIF)的耦合机制。GIF被设计为SMF的前端耦合部分, 采用大芯径以匹配LD输出远场分布, 椭圆形的纤芯形状可有效匹配LD椭圆输出光束, 并实现有效聚焦与控制。基于有限差分束传播法对耦合过程进行的理论分析表明, 采用该方法功率耦合效率可达到88%, 1 dB插入损耗对应的GIF长度容差为75 μm,长轴与短轴方向的横向偏移容差分别为28 μm和10 μm。该方案对高功率LD耦合单模光纤设计有一定的参考价值。
激光光学 光纤耦合 有限差分束传播法 渐变折射率光纤 半导体激光二极管 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 051407
利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布，计算结果表明，该方法计算量小，精度高，为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析，得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系，优化得到的结构参数为：Y分支角1.1°，脊宽5 μｍ，波导间距20 μｍ。
集成光学 电光聚合物 脊形波导 有效折射率法 变分法 有限差分束传播法 integrated optics electro-optic polymer rib waveguide effective index method variational method finite-difference beam propagation method
电子科技大学 光电信息学院,四川 成都 610054
利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布,将三维光传播问题简化为二维问题;从导模满足的标量波动方程出发,采用慢变包络和傍轴近似,得出传播光场满足的单步传输约束关系;运用微分算子的级数展开得到相应的递归公式,考虑微分算子的差分近似得出基本的计算格式;运用对称矩阵的相似变换对算子展开法进行加速处理。在此基础上,对马赫-曾德尔(M-Z)型光波导中TM模的传播特性进行理论分析,研究了脊宽、分支角等结构参数对插入损耗的影响。研究表明,算子展开束传播法可以较好地解决聚合物脊形M-Z波导的理论分析和设计问题。该方法精度高、计算量小,为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。
电光聚合物 马赫-曾德尔光波导 微分算子 算子展开束传播法 有限差分束传播法
1 宁波大学,理学院,浙江,宁波,315211
2 江苏大学机械学院,光信息科学与技术系,江苏,镇江,212013
3 新疆大学,信息科学与工程学院,新疆,乌鲁木齐,830046
相比于传统的1×N对称型多模干涉(Mult-ModeInterference,MMI)分束器设计,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件.它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式,器件尺寸减小,且不均匀性与附加损耗也减小.以1×4的对称型MMI分束器为例,当只对干涉区采用倒锥形结构后,在TE偏振中心波长为1.55μm时,器件长度减小了500μm,均匀性增加了0.131 dB,而附加损耗仅增加了0.02dB,波长响应较传统设计增加了40 nm.在此基础上,又在输入输出臂上也各增加倒锥形结构后,相比于传统设计附加损耗减小了0.02dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500μm.改进后的器件具有优越的容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.
MMI分束器 有限差分束传播法 波导损耗
电子科技大学,光电信息学院,四川,成都,610054
光纤与有机聚合物脊形波导的耦合是有机聚合物波导器件封装中关键的一步,它直接影响器件的插入损耗.本文利用广角有限差分束传播法和有效折射率法对光纤与有机聚合物脊形波导的耦合损耗进行分析,得出了如下结论:1)耦合损耗随着错位、间隙、夹角的增大而增大;2)因错位而引起的耦合损耗在所有耦合损耗中占有主要位置.
聚合物脊波导 广角有限差分束传播法 有效折射率法 耦合损耗
1 电子科技大学 光电信息学院，成都 610054
2 四川大学 电气信息学院通信工程系，成都 610065
M－Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank－Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M－Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M－Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。
电光聚合物 Mach－Zenhder波导 TM模 有限差分束传播法 有效折射率法 electro-optical polymer Mach-Zehnder waveguide TM mode FD-BMP effective index method
1 江苏大学机械学院光信息科学与技术系,镇江,212013
2 新疆大学信息科学与工程学院,乌鲁木齐,830046
相比于传统的1×N对称型多模干涉(MMI)分束器,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件,它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式.以1×4的对称型MMI分束器为例,在输入输出臂上各增加了倒锥形结构后,较传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.同时,改进后的器件具有优越的偏振相关性及容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.
信息光学 MMI分束器 有限差分束传播法 附加损耗 均匀性
