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有机聚合物非对称脊波导单模条件分析

光学学报 2011年第8期31卷 171-176页

作者：高原张晓霞廖进昆电子科技大学光电信息学院四川成都610054

以有机聚合物非对称脊波导为研究对象,采用半矢量有限差分光束传输法(FD-BPM),系统地分析了不同脊高、脊宽和芯层平板短侧宽度条件下非对称脊形波导的基模截止和单模条件。得出:在芯层高度一定的情况下,基模截止区域和单模区域均随脊高... 详细信息

以有机聚合物非对称脊波导为研究对象,采用半矢量有限差分光束传输法(FD-BPM),系统地分析了不同脊高、脊宽和芯层平板短侧宽度条件下非对称脊形波导的基模截止和单模条件。得出:在芯层高度一定的情况下,基模截止区域和单模区域均随脊高或脊宽的缩小而增大,单模区域随脊形波导芯层平板短侧宽度s的减小而减小;其尺寸以选择芯层厚度h≥1.5μm,脊高(H-h)≤0.4μm,脊宽4μm≤w≤8μm,芯层平板短侧宽度s=2μm较佳。研究表明,非对称脊波导单模条件区域仍能满足实际应用要求。

关键词：导波光学有机聚合物非对称脊形波导单模条件截止条件半矢量有限差分光束传输法

SOI脊形光波导1550 nm波长单模条件分析

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SOI脊形光波导1550 nm波长单模条件分析

作者：黄晖北京工业大学

学位级别：硕士

随着硅基光子学的发展,高密度集成光学器件成为人们关注的热点,对于单个光器件,满足单模传输是最基本的要求,这可以避免模式间耦合、色散等负面效应;此外,光器件的输入输出端也应便于与单模光纤进行耦合,如果端口波导的尺寸太小,与光纤... 详细信息

随着硅基光子学的发展,高密度集成光学器件成为人们关注的热点,对于单个光器件,满足单模传输是最基本的要求,这可以避免模式间耦合、色散等负面效应;此外,光器件的输入输出端也应便于与单模光纤进行耦合,如果端口波导的尺寸太小,与光纤耦合的难度就很大,会影响光器件的性能。在集成光学领域,绝缘体上硅(SOI)材料被广泛运用,其导波层硅(即顶层硅)和下包层(即二氧化硅)的折射率差很大,由它们组成的脊形光波导在垂直方向上对光的限制作用很强,但是在水平方向上对光的限制较弱,高阶模会随着光的传输迅速衰减,波导中最终只能存在基模,从而实现单模传输。因此,SOI脊形光波导在比较大的截面尺寸下仍能保持单模特性。本文旨在保证单模传输的前提下,设计出截面尺寸尽可能大的脊形光波导,提高与单模光纤的耦合效率。本文从电磁波的麦克斯韦方程着手,采用模式匹配法(Film-mode-matching method,FMM),有限元法(Finite-elements method,FEM),有限差分法(Finitedifference method,FDM),有效折射率法(Effective-index method,EIM)分析了SOI脊形光波导中第一个高阶模的传播特性。同时利用FIMMWAVE软件分析了内脊高为2μm,3μm,和5μm的SOI脊形光波导,提出了更加精确适用的单模条件,并与经典的脊形波导单模条件进行了比较,即Soref单模条件和EIM单模条件。研究发现,在单模条件公式中,并不存在一个固定不变的常数α,使得改公式满足所有几何参数的脊形光波导。因此,针对这三种不同内脊高的波导,修改了对应的α值,使其与模拟的结果吻合,同时提供了更大的尺寸选择范围。对于TE偏振来说,如果内脊高超过5μm,α的值为0.3,与Soref公式相同;如果内脊高为2μm,3μm,和5μm,对应的α的值分别为0.45,0.4和0.35。对于TM偏振来说,α的值则是固定的,即0.25。利用本文的单模波导设计条件,成功应用于硅基马赫-曾德尔热光开关的研制。本文成功制备了四组不同刻蚀深度的脊形光波导,每组均包含不同宽度的波导,涵盖了单模波导和多模波导。在波导的测量方面,本文介绍了观测波导模式的流程以及如何判断光纤与波导是否成功耦合的方法,并讨论了测试中出现的问题。最后值得一提的是本论文的研究对今后工程设计工作于光纤通信C波段大截面单模SOI脊型光波导及相应的光子集成器件具有重要的指导意义。

关键词： SOI材料硅基脊形光波导单模条件有效折射率耦合

各向异性晶体通道波导的截止特性和单模条件研究

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自然科学进展（国家重点实验室通讯） 1997年第2期7卷 222-228页

作者：卓壮张晓阳王继扬邵宗书蒋民华山东大学晶体材料国家重点实验室

在各向异性晶体通道波导中模式的电磁波理论和导模方程的有效折射率分析的基础上,将势阱模型、WKB法和有效折射率法结合起来,分析了一维渐变折射率分布通道波导的模式本征值;并分别对于阶跃型折射率分布和渐变折射率的情况,讨论了各向... 详细信息

在各向异性晶体通道波导中模式的电磁波理论和导模方程的有效折射率分析的基础上,将势阱模型、WKB法和有效折射率法结合起来,分析了一维渐变折射率分布通道波导的模式本征值;并分别对于阶跃型折射率分布和渐变折射率的情况,讨论了各向异性晶体通道波导的截止特性和单模条件。

关键词：各向异性晶体通道波导截止特性单模条件

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绝缘硅大截面脊波导的单模条件验证

光学学报 2012年第F12期32卷 188-192页

作者：严朝军彭文标李海军万钧力三峡大学计算机与信息学院湖北宜昌443002

大截面绝缘硅（SOI）单模脊波导在通信系统中应用广泛，有必要验证文献中给出的单模条件。对于两个满足单模条件的脊波导例子，用标量有限差分波束传输法求解脊波导的导模。如果对波导横向截面上的两个方向细分，模拟实验表明水平方向... 详细信息

大截面绝缘硅（SOI）单模脊波导在通信系统中应用广泛，有必要验证文献中给出的单模条件。对于两个满足单模条件的脊波导例子，用标量有限差分波束传输法求解脊波导的导模。如果对波导横向截面上的两个方向细分，模拟实验表明水平方向的单模条件比较精确，垂直方向的单模条件很容易举出反例。更加精确的单模条件公式需要进一步研究。

关键词：集成光学脊波导单模条件绝缘硅有限差分波束传输法

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铌酸锂薄膜光波导及可调谐分束器研究

铌酸锂薄膜光波导及可调谐分束器研究

作者：余夏蓉电子科技大学

学位级别：硕士

集成光学自提出以来,已在几十年间得到了高速发展,相关研究已经取得了显著成果,基于硅、磷化铟、铌酸锂等材料平台的多种集成光学器件,如电光调制器、阵列波导光栅等已经投入商用,有力地促进了光通信、光信息处理以及微波光子技术的快... 详细信息

集成光学自提出以来,已在几十年间得到了高速发展,相关研究已经取得了显著成果,基于硅、磷化铟、铌酸锂等材料平台的多种集成光学器件,如电光调制器、阵列波导光栅等已经投入商用,有力地促进了光通信、光信息处理以及微波光子技术的快速发展。近年来,随着5G通信产业及微波光子学的快速发展,对高性能、易集成的微小型集成光学器件的需求与日俱增。铌酸锂薄膜既具有铌酸锂晶体的宽透明窗口、低吸收损耗、高二阶非线性光学系数、大电光系数等优异特性,又解决了传统块状铌酸锂光器件不利于大规模集成的缺点,因此铌酸锂薄膜被认为是制作集成光路中电光调制器、可调谐滤波器等微小型集成光学器件最具有前景的材料。近年来,关于铌酸锂薄膜光波导及光器件的研究受到广泛关注,但针对薄膜铌酸锂光子器件普遍采用的单模波导的研究并不深入。鉴于此,本文提出将波导一阶模式泄漏损耗和色散曲线相结合的分析方法,并利用该方法深入研究了通常的铌酸锂薄膜脊形波导的单模条件,得到了更加严谨的结果。同时,论文也对铌酸锂薄膜脊形波导的模式杂化、弯曲损耗等重要特性进行了研究。此外,考虑到光分束器作为多种干涉仪的关键组成部分,是构建电光调制器、光开关等器件的关键结构单元,本文也基于铌酸锂薄膜优异的电光效应和热光效应研究、设计了可调谐分光比的光分束器。本文主要主要内容如下:1、提出一阶模式泄漏损耗和色散曲线相结合的分析铌酸锂薄膜脊形波导单模条件的方法,基于有限元法仿真计算了400 nm、600 nm、900 nm三种典型薄膜厚度下x切铌酸锂薄膜脊形波导的单模条件。2、研究了600 nm厚的x切铌酸锂薄膜脊形波导模式杂化特性,分析了薄膜厚度、刻蚀深度、波长等参数对模式杂化现象的影响。3、考虑到波导弯曲是实现紧凑型集成光路的重要结构,本文基于有限时域差分法仿真分析了600 nm厚的x切铌酸锂薄膜90°脊形弯曲波导的弯曲损耗特性。4、基于多模干涉器(Multimode Interference,MMI)的工作原理设计1×2和2×2 3d B MMI两种光分束器。通过波束传输法仿真了光在MMI中传输情况,根据仿真结果对器件参数进行了优化。根据铌酸锂晶体优异的电光特性和热光特性,设计了作用于MMI多模波导区域的电调谐、热调谐电极。最后根据仿真结果设计了掩模版,并制作了器件。

关键词：铌酸锂薄膜光波导单模条件多模干涉器分束器

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

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发光学报 2010年第4期31卷 599-604页

作者：谢生张彬毛陆虹郭维廉陈燕于欣张世林天津大学电子信息工程学院

利用有限元法（FEM）分析了大横截面SOI（Silicon-on-insulator）脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟... 详细信息

利用有限元法（FEM）分析了大横截面SOI（Silicon-on-insulator）脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明：对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d〈0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d〉0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。

关键词：集成光学微环谐振器单模条件波导耦合器

InP/InGaAsP脊波导的单模特性与偏振特性研究

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半导体光电 2015年第4期36卷 605-609页

作者：张天恩唐军雷龙海商成龙刘俊中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术重点实验室太原030051

以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象,采用有限元算法(FEM),系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下,不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性。在芯层厚度一定的情况下,脊宽越窄,刻蚀深度越浅,波导的传输模式越接近单模。... 详细信息

以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象,采用有限元算法(FEM),系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下,不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性。在芯层厚度一定的情况下,脊宽越窄,刻蚀深度越浅,波导的传输模式越接近单模。在深刻蚀情况下,脊波导模双折射系数受到脊宽的影响较大,波导的偏振不敏感性较差;在浅刻蚀情况下,模双折射系数(Δn=nTE-nTM)受到脊宽和脊高的影响较为微弱,稳定在1.2×10-3。相关仿真和分析为基于InP/InGaAsP脊波导的光电子器件的结构设计提供了一定的理论支持。

关键词： InP/InGaAsP脊波导单模条件偏振特性模双折射系数光电子器件

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SOI光波导高速电光调制器的研究进展

Journal of Semiconductors 2006年第12期27卷 2069-2074页

作者：黄庆忠余金中中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点联合实验室北京100083

介绍了不同截面大小的SOI(silicon-on-insulator)波导单模条件,详细描述了几种降低传输损耗,消除偏振相关,提高耦合效率的技术手段.分析比较了一种带有MOS(metal-oxide-semiconductor)电容结构和一种具有微环结构的高速电光调制器,其调... 详细信息

介绍了不同截面大小的SOI(silicon-on-insulator)波导单模条件,详细描述了几种降低传输损耗,消除偏振相关,提高耦合效率的技术手段.分析比较了一种带有MOS(metal-oxide-semiconductor)电容结构和一种具有微环结构的高速电光调制器,其调制频率分别达到10和1·5GHz.

关键词： SOI 单模条件传输损耗偏振相关耦合效率电光调制器

氧化物单模脊形光波导分束器的优化设计及制作

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云南大学学报（自然科学版） 2018年第6期40卷 1139-1147页

作者：段金燕张何丽任一涛云南大学物理与天文学院物理系云南昆明650091

通过改进光波导的有效折射率法(EIM)方法,定义新的归一化参量,得出了脊形光波导模式归一化本征方程及单模条件的简单表达式.新的脊形光波导单模条件突破了以往理论对归一化外脊高(r)的限制,允许脊形光波导的参数r的取值进入r<0.5的范围... 详细信息

通过改进光波导的有效折射率法(EIM)方法,定义新的归一化参量,得出了脊形光波导模式归一化本征方程及单模条件的简单表达式.新的脊形光波导单模条件突破了以往理论对归一化外脊高(r)的限制,允许脊形光波导的参数r的取值进入r单模工作的氧化物脊形光波导.新定义的归一化参量对分析计算脊形光波导具有通用性,为优化设计脊形光波导及其单模结构参数提供了便利性和更大的灵活性.

关键词：脊形光波导有效折射率法单模条件归一化参量