红外与激光工程
2023, 52(9): 20220897
为了实现高精度温度传感的目的, 设计了一种新型双芯光子晶体光纤耦合微扰传感结构, 采用有限差分光束传播法对该结构的传感特性进行了分析。利用RSOFT软件的Beampronp模块对该传感器特性进行了仿真研究。结果表明, 在满足双芯耦合条件下, 折射率灵敏度可达7000nm/RUI; 耦合间距灵敏度可达2;在填充液体为乙醇时, 该传感结构可实现温度范围为278K~338K的检测, 在该范围内的灵敏度可达4nm/K。该传感器检测线性度高、工艺简单, 对其它相关传感器的研究有一定帮助和意义。
光纤光学 传感器 有限差分光束传播法 双芯光子晶体光纤 耦合微扰 体积膨胀 fiber optics sensor finite-difference beam propagation method dual-core photonic crystal fiber coupling perturbation volume expansion
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 河南仕佳光子科技有限公司, 河南 鹤壁 458030
阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性, 给出了结构参量的关系表达式, 阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素, 阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱, 优化了结构参量, 总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示, 输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50%, 插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB, 串扰小于-30 dB.最后, 本文给出了实验结果, 插入损耗减小了0.87 dB, 串扰减小了3.67 dB, 1 dB带宽增加0.1 nm, 增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.
阵列波导光栅 平坦化 锥形波导 有限差分光束传播法 1 dB带宽 Arrayed waveguide grating Flat spectral response Taper waveguides Finite difference beam propagation method 1 dB passband width
1 南京理工大学 理学院, 南京 210094
2 河南科技学院 物理系, 河南 新乡 453003
根据光纤模式传输理论，结合单模锥形光纤的结构，使用有限差分光束传播法(FD-BPM)仿真了1 550 nm波长下光纤模式的传输，分析包层内模场和纤芯内模场之间的相互影响。仿真结果表明：因为包层模的存在，随着包层内模式数的减少和纤芯对模场约束状态的变化，锥形光纤纤芯内不同区域模场分布变化明显，模场的均方根宽度在不同区域有不同程度的起伏。通过数值计算得到了光纤内模场能量的分布，发现因为包层模的存在，纤芯内模场能量减小速度比没有包层模时的速度要慢。
光纤光学 锥形光纤 模场演化 有限差分光束传播法 均方根宽度 fiber optics tapered fiber mode field evolution finite difference beam propagation method root-mean-square width
中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南 郑州 450015
演绎了新式步长设置的极坐标系傍轴有限差分光束传播法(FD-BPM)理论,提出一种变换极坐标系FD-BPM思想,使精度更高,计算和分析更简便。基于这些工作,对严格圆弧形二维波导的传输特性进行了综合分析,指出光波在具有相同物理特性、不同曲率半径的波导中传输时,其导模能量与输入能量的比值存在一个极限值,不同波长的光在相同物理结构的波导中传输时,短波比长波更易于形成稳定的导模且损耗小。对S形和C形弯曲的波导计算分析发现:切变损耗的存在使S形波导比相同参数的C形波导导光性能更差,但随着曲率半径的增大,这一差距逐渐缩小,同时指出了不同曲率半径的波导相互连接呈S形或C形时的一些传输规律。对透明边界条件(TBC)对于极坐标FD-BPM的适用性做了分析讨论,认为TBC在应用傍轴极坐标系FD-BPM分析严格圆弧形二维波导时是普遍适用的,不存在反射干扰。
集成光学 波导光学 变换坐标系 有限差分光束传播法 二维圆弧波导 传输特性
针对轮式光纤侧边抛磨法,研究了在侧边抛磨光纤光栅抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长随外界折射率的改变而变化的特性.理论计算与实验结果都表明,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长会随抛磨区覆盖材料折射率的增大向长波长方向偏移;侧边抛磨面离光栅区纤芯表面越近,覆盖材料折射率对波长偏移的影响越大.实验指出,当侧边抛磨区覆盖材料的折射率从1.389 7变到1.447 9时,Bragg波长将会发生1.402 nm的偏移.用轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤光栅可应用于光纤光栅的波长调谐或传感器.
侧边抛磨 光纤光栅 有限差分光束传播法 折射率 波长调谐
为减小多模干涉(Multimode Interference，MMI)耦合器件的尺寸，提出一种多模波导宽度为指数型变化的Taper结构．理论分析了多模波导长度与该Taper结构的参量之间的关系．与已被用于减小MMI器件尺寸的抛物线型Taper结构相比，该结构可进一步减小器件的尺寸．就几种波导结构参量下的MMI耦合器，利用宽角光束传播法进行了数值模拟．结果表明，指数型MMI耦合器的性能与抛物线型MMI耦合器的性能类似．指数型Taper结构可以用于MMI器件以减小该类器件的尺寸．
导波光学 多模干涉耦合器 有限差分光束传播法 指数型Taper波导 Guided wave optics Multimode interference coupler Finite different beam propagation method (FD-BPM) Exponential taper waveguides
以亥姆赫兹方程为基础,对传统的有限差分光束传播法进行修正,提出一种修正后的新算法,将修正后的算法与传统算法进行了比较,并给出了用其计算阵列波导光栅中的传输光场的应用结果.通过比较计算结果和应用结果得出结论:修正后的算法可以准确计算光波场,并提高了计算精确度,有一定实用价值.
修正的有限差分光束传播法(MFD-BPM) 亥姆赫兹方程 阵列波导光栅(AWG) MFD-BPM Helmholtz equation AWG
华中科技大学光电子工程系, 湖北 武汉 430074
对传统的有限差分光束传播法(FD-BPM)进行修正,通过对亥姆赫兹方程进行更准确的推导展开,提出一种修正后的新算法,并将新算法和传统算法应用于平板波导的计算实例,最后通过计算用来衡量算法精度的参量以及计算所花费的总体时间,将新算法与传统算法进行比较,验证了新算法在精度上有所提高,而计算时间并没有受到影响,有一定的实用价值。
导波光学 修正的有限差分光束传播法 亥姆赫兹方程 泰勒展开 CN格式差分
