硫族材料波导模式及耦合损耗的分析与数值模拟

摘要

近年来，光通信和光电子技术不断蓬勃发展，光信息的时代正在到来，光器件的高集成不断促进着光通信的发展。然而波导及光纤的耦合不断困扰着信息技术的发展。模式的耦合理论发展了数十年，一直在在前进中不断地摸索。波导及光纤模式的分析对其耦合理论的发展具有重要的意义。而耦合损耗的降低对于光集成的发展是一个重要的问题。本文中的波导选用硫族玻璃材料，其具有较高折射率、较低的双光子吸收、光敏性等优良特性而受到了广泛的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴对波导和光纤进行模式的理论计算，确定光纤和波导的单模传输的模式条件。⑵采用RSOFT软件的BeamPROP和FullWAVE模拟器对SMF-25单模光纤和波导进行了模式分析，设计出了高度为0.55μm的，宽度为1.5μm的单模条形波导和脊高为0.4μm总高0.8μm，宽度为1.5μm单模脊波导。数值模拟出了它们单模条件下场的分布和光在波导及光纤中的传输过程。⑶对单模光纤-条形波导，条形波导-脊波导，脊波导-单模光纤直接耦合方式，采用了光束传播法和时域有限差分法数值模拟了光的传输情况，确定了最小耦合损耗的结构和相应的耦合损耗。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题提出的背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 硫族玻璃材料的特性

1.4 硫族材料光波导的制备

1.5 本论文的主要内容

2 模式分析

2.1 光波导的模式分析

2.2 光纤的模式分析

2.3 数值计算方法

2.4 模式耦合方法介绍

2.5 计算机数值模拟软件

2.6 本章小结

3 光纤与波导单模结构的确定及传输模拟

3.1 导模截止条件与单模传输

3.2 单模光纤的传输模式模拟

3.3 单模条形波导的模式传输特性

3.4 单模脊波导的模式传输特性

3.5 光波导及光纤内能量传输计算

3.6 本章小结

4 各种耦合情况的数值模拟及耦合损耗的分析

4.1 耦合损耗分析

4.2 光纤与条形波导耦合情况分析

4.3 光纤与脊波导耦合情况分析

4.4 条形波导与脊波导耦合情况分析

4.5 本章小结

5 总结和展望

参考文献

致谢