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圆波导TM_(01)模式转换器中TE_(11)和TE_(21)模式对圆波导耦合器耦合度的影响

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真空科学与技术学报 2024年第6期44卷 492-502页

作者：陈家辉周振宇翁明曹猛西安交通大学电子与信息学部西安710049

为了准确地测量出圆波导耦合器的耦合度,文章研究了圆波导TM_(01)模式转换器中TE_(11)和TE_(21)模式对耦合度的影响。依据圆波导中TM_(01)、TE_(11)和TE_(21)模式场分布的特点,用CST仿真研究了TE_(11)或TE_(21)模式的含量对耦合度分散... 详细信息

为了准确地测量出圆波导耦合器的耦合度,文章研究了圆波导TM_(01)模式转换器中TE_(11)和TE_(21)模式对耦合度的影响。依据圆波导中TM_(01)、TE_(11)和TE_(21)模式场分布的特点,用CST仿真研究了TE_(11)或TE_(21)模式的含量对耦合度分散性的影响。采用仿真和实验测量,对测量过程中两个模式转换器之间的相对角度对耦合器中出现的模式以及耦合度分散性的影响进行了研究。结果表明,随着耦合器中TE_(11)或TE_(21)模式含量的增加,耦合度的分散性也随之增加;用矩形TE10转圆波导TM_(01)模式转换器测量耦合度时分散性较大,并且当两个模式转换器之间的相对角度为0°或180°时,耦合器中会出现少量的TE_(21)模式,而相对角度为90°或270°时耦合器中会出现少量的TE_(11)模式;用同轴TEM转圆波导TM_(01)模式转换器测量耦合度时,耦合器中几乎不含有TE_(11)模式和TE_(21)模式,且耦合度的分散性较小;对比两种不同类型的圆波导TM_(01)模式转换器在耦合度测量中的仿真与实验结果,文章认为采用平均耦合度可以较好地消除耦合度分散性,更能反映耦合器的真实耦合度。该研究工作为准确标定耦合器耦合度提供了新的测试方法与依据。

关键词：耦合器模式转换器圆波导平均耦合度

W波段全带宽TE_(10)-TE_(20)模式转换器的研制

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微波学报 2024年第2期40卷 90-95页

作者：赵芸顾浩闫玉涛李升丁江乔南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室西安710100

新一代W波段慢波结构行波管对波导TE_(10)-TE_(n0)模式转换器的低损耗、宽带、转换效率等高性能方面提出了要求。文中重点研究一款全W波段波导模式转换器的设计,实现E面TE_(10)输入到H面TE_(20)输出的模式转换,并结合高效率转换结构,给... 详细信息

新一代W波段慢波结构行波管对波导TE_(10)-TE_(n0)模式转换器的低损耗、宽带、转换效率等高性能方面提出了要求。文中重点研究一款全W波段波导模式转换器的设计,实现E面TE_(10)输入到H面TE_(20)输出的模式转换,并结合高效率转换结构,给出实际性能验证。首先,分析了波导TE_(n0)模分布特点,提出E面功分结构、集成扭波导结构及H面反相合成等单元结构;其次,给出TE_(10)-TE_(20)模式转换整体方案设计与电路优化;最后,结合H面异相功分结构集成,基于计算机数控技术,实现该W波段模式转换模块的制备,并完成三端口性能测试。实测结果表明,W波段全带宽内(75 GHz~110 GHz),该TE_(10)-TE_(20)模式转换模块输出端口功率分配比为-3.2 dB±0.2 dB,相位差为180°±2°,输入端口回波损耗优于-20 dB,且实测性能均与仿真结果高度一致,验证了W波段宽带TE_(10)-TE_(20)模式转换器的高效率、低损耗、可行性及鲁棒性。

关键词：模式转换器 W波段波导低损耗扭波导

圆波导TM模式转换器中TE和TE模式对圆波导耦合器耦合度的影响

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真空科学与技术学报 2024年

作者：陈家辉周振宇翁明曹猛西安交通大学电子与信息学部

为了准确地测量出圆波导耦合器的耦合度，本文研究了圆波导TM01模式转换器中TE11和TE21模式对耦合度的影响。依据圆波导中TM01、TE11和TE21模式场分布的特点，用CST仿真研究了TE11或TE21模式的含量对耦合度分散性的影响。采用仿真和实... 详细信息

为了准确地测量出圆波导耦合器的耦合度，本文研究了圆波导TM01模式转换器中TE11和TE21模式对耦合度的影响。依据圆波导中TM01、TE11和TE21模式场分布的特点，用CST仿真研究了TE11或TE21模式的含量对耦合度分散性的影响。采用仿真和实验测量，对测量过程中两个模式转换器之间的相对角度对耦合器中出现的模式以及耦合度分散性的影响进行了研究。结果表明，随着耦合器中TE11或TE21模式含量的增加，耦合度的分散性也随之增加；用矩形TE10转圆波导TM01模式转换器测量耦合度时分散性较大，并且当两个模式转换器之间的相对角度为0o或180o时，耦合器中会出现少量的TE21模式，而相对角度为90o或270o时耦合器中会出现少量的TE11模式；用同轴TEM转圆波导TM01模式转换器测量耦合度时，耦合器中几乎不含有TE11模式和TE21模式，且耦合度的分散性较小；对比两种不同类型的圆波导TM01模式转换器在耦合度测量中的仿真与实验结果，本文认为采用平均耦合度可以较好地消除耦合度分散性，更能反映耦合器的真实耦合度。该研究工作为准确标定耦合器耦合度提供了新的测试方法与依据。

关键词：耦合器模式转换器圆波导平均耦合度

基于硅基砖砌型亚波长光栅的紧凑型模式转换器

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物理学报 2023年第16期72卷 121-129页

作者：陆梦佳恽斌峰东南大学先进光子学中心南京210096

亚波长光栅可以等效为均匀介质,具备可控的双折射、色散和各向异性等优势,有利于设计高性能的光子器件.尽管目前传统的亚波长光栅结构只需要单步刻蚀,然而通常需要100 nm及以下的制造分辨率,这对当前主流的晶圆级硅光子芯片制造技术来... 详细信息

亚波长光栅可以等效为均匀介质,具备可控的双折射、色散和各向异性等优势,有利于设计高性能的光子器件.尽管目前传统的亚波长光栅结构只需要单步刻蚀,然而通常需要100 nm及以下的制造分辨率,这对当前主流的晶圆级硅光子芯片制造技术来说比较困难.亚波长光栅的各向异性可以通过引入砖砌型拓扑结构来进一步设计,从而在设计中提供额外的自由度,同时还可以降低制造分辨率需求(>100 nm).本文提出并研究了基于硅基砖砌型亚波长光栅的紧凑型TE_(0)-TE_(1)和TE_(0)-TE_(2)模式转换器,其中砖砌型亚波长光栅的最小特征尺寸为145 nm.实现了TE0模式到TE1模式和TE_(2)模式的转换,转换区域长度分别为9.39μm和11.27μm.测试结果表明,在68 nm(1512-1580 nm,受限于激光器调谐范围和光栅耦合器)带宽内,插损和串扰分别小于2.5 dB和-10 dB.

关键词：亚波长光栅模式转换器绝缘体上硅各向异性

基于级联非对称Y分支的紧凑宽带高效的LP-LP模式转换器

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中国激光 2023年

作者：张豪邓佳瑶王梦柯马小霞陈开鑫电子科技大学光电科学与工程学院

本文提出了一种基于级联非对称Y分支的紧凑、宽带、高效的LP01-LP11a模式转换器。我们制作的聚合物波导模式转换器具有1.5 mm×14μm的紧凑尺寸，对于C+L波段的x偏振和y偏振光，其模式转换效率大于98%，串扰小于-17.5 dB，插入损耗低于5... 详细信息

本文提出了一种基于级联非对称Y分支的紧凑、宽带、高效的LP01-LP11a模式转换器。我们制作的聚合物波导模式转换器具有1.5 mm×14μm的紧凑尺寸，对于C+L波段的x偏振和y偏振光，其模式转换效率大于98%，串扰小于-17.5 dB，插入损耗低于5.8 dB。本文提出的模式转换器可以应用在宽带模分复用传输系统中。

关键词：光学器件模式转换器模分复用聚合物波导集成光学非对称Y分支

一种基于硅基砖砌型亚波长光栅的紧凑型模式转换器

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物理学报 2023年

作者：陆梦佳恽斌峰东南大学先进光子学中心

亚波长光栅可以被等效为均匀介质，具备可控的双折射、色散和各向异性等优势，有利于设计高性能的光子器件。尽管目前传统的亚波长光栅结构只需要单步刻蚀，然而通常需要100 nm及以下的制造分辨率，这对当前主流的晶圆级硅光子芯片制造... 详细信息

亚波长光栅可以被等效为均匀介质，具备可控的双折射、色散和各向异性等优势，有利于设计高性能的光子器件。尽管目前传统的亚波长光栅结构只需要单步刻蚀，然而通常需要100 nm及以下的制造分辨率，这对当前主流的晶圆级硅光子芯片制造技术来说比较困难。亚波长光栅的各向异性可以通过引入砖砌型拓扑结构来进一步设计，从而在设计中提供额外的自由度，同时还可以降低制造分辨率需求(>100 nm)。本文提出并研究了基于硅基砖砌型亚波长光栅的紧凑型TE0-TE1和TE0-TE2模式转换器，其中砖砌型亚波长光栅的最小特征尺寸为145 nm。实现了TE0模式到TE1模式和TE2模式的转换，转换区域长度分别为9.39 μm和11.27 μm。测试结果表明，在68 nm(1512～1580 nm，受限于激光器调谐范围和光栅耦合器)带宽内，插损和串扰分别小于2.5 dB和-10 dB。

关键词：亚波长光栅模式转换器绝缘体上硅各向异性

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基于螺旋长周期光纤光栅的宽带模式转换器

激光与光电子学进展 2023年

作者：张伟栋马跃辉姜晨陈龙刘云启上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院先进光子技术实验室

随着光通信网络的发展，高性能宽带模式转换器成为了迫切需求。本文提出并实验制备了强调制相移少模光纤螺旋长周期光栅，其可以实现全光纤宽带轨道角动量模式转换器功能。通过增大二氧化碳激光的辐射功率在较短的少模光纤中制备强调制... 详细信息

随着光通信网络的发展，高性能宽带模式转换器成为了迫切需求。本文提出并实验制备了强调制相移少模光纤螺旋长周期光栅，其可以实现全光纤宽带轨道角动量模式转换器功能。通过增大二氧化碳激光的辐射功率在较短的少模光纤中制备强调制光栅可以显著增大光栅带宽，当在强调制光栅引入相移时，光栅的模式转换带宽会进一步增大。高阶模式转换的10-dB带宽均大于200nm，且光栅在宽带波长范围内能够直接激发2阶与3阶轨道角动量模式。通过对光栅施加扭转与应力，能够实现宽带波长调谐。该少模光纤螺旋长周期光栅模式转换器可以实现大范围高转换效率的高阶轨道角动量模式激发。

关键词：螺旋长周期光纤光栅少模光纤轨道角动量模式转换器

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W波段全带宽TE-TE模式转换器的研制

微波学报 2023年

作者：赵芸顾浩闫玉涛李升丁江乔南京信息工程大学电子与信息工程学院中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室

新一代W波段慢波结构行波管(TWT)对波导TE10-TEn0模式转换器的低损耗、宽带、转换效率等高性能方面提出了要求，本文重点研究一款全W波段波导模式转换器的设计，实现E-面TE10输入到H-面TE20输出的模式转换，并结合高效率转换结构，给出... 详细信息

新一代W波段慢波结构行波管(TWT)对波导TE10-TEn0模式转换器的低损耗、宽带、转换效率等高性能方面提出了要求，本文重点研究一款全W波段波导模式转换器的设计，实现E-面TE10输入到H-面TE20输出的模式转换，并结合高效率转换结构，给出实际性能验证。主要包括：首先分析了波导TEn0模分布特点，提出E-面功分结构、集成扭波导结构及H-面反相合成等单元结构；其次给出TE10-TE20模式转换整体方案设计与电路优化；最后，结合H-面异相功分结构集成，基于数控CNC技术，实现该W波段模式转换模块的制备，并完成三端口性能测试。实测结果表明，W波段全带宽内(75 GHz～110 GHz)，该TE10-TE20模式转换模块输出端口功率分配比为-3.2 dB±0.2 dB、相位差为180°±2°，输入端口回波损耗优于-20 dB，且实测性能均与仿真结果高度一致。上述模块结果验证了W波段宽带TE10-TE20模式转换器的高效率、低损耗、可行性及鲁棒性等。

关键词： W波段波导低损耗模式转换器扭波导

S波段矩形波导TE-圆波导TM模式转换器的研究

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真空科学与技术学报 2023年

作者：雷乐周振宇翁明林舒曹猛西安交通大学电子与信息学部

为满足S波段高功率微波在线测量时对圆波导耦合器进行标定的需求，本文研制了一种高转换效率的S波段矩形波导TE10模式转圆波导TM01模式的模式转换器。采用CST软件对模式转换器的结构进行了仿真和优化设计，并从频域和时域两方面对所研... 详细信息

为满足S波段高功率微波在线测量时对圆波导耦合器进行标定的需求，本文研制了一种高转换效率的S波段矩形波导TE10模式转圆波导TM01模式的模式转换器。采用CST软件对模式转换器的结构进行了仿真和优化设计，并从频域和时域两方面对所研制的模式转换器的性能进行了测量。频域方面的仿真和测量结果表明，模式转换器的工作中心频点位于2.1GHz处，在工作带宽60MHz范围内，S11 -0.1dB。时域方面的仿真和测量表明，模式转换器具有较好的脉冲响应，可以应用于脉冲宽度为几十纳秒以上的工作场合。频域和时域两方面的测量都表明，在2.1GHz处，模式转换器的插损小于0.1dB，表明该模式转换器的转换效率较高。以本文研制的模式转换器为核心，配以商品化的波导同轴转换器后，研制的圆波导TM01模式激励器已经成功用于圆波导耦合器的性能标定之中。

关键词：高功率微波在线测量 TM 模式转换器 TM 模式激励器