平板波导

摘要： 表面等离子体共振(SPR)技术在外界环境折射率测量上有着广泛应用.设计了一种对称平板波导结构,利用时域有限差分法对波导结构中SPR效应与外界环境折射率的关系进行数值模拟,对金属材料选择以及传感区域长度进行了优化,并研究了不同阶次的模式对传感器灵敏度的影响.仿真结果表明:当外界环境折射率为1.38时,相较于基模条件下4100 nm/RIU的灵敏度,三阶模传感器的灵敏度提高到6209 nm/RIU,最大灵敏度提高了51％;当外界环境折射率为1.34～1.38时,传感器平均灵敏度从2900 nm/RIU提高到4025 nm/RIU.

摘要： 提出了一种工作在C波段的高功率平板波导螺旋阵列天线.以平板波导馈电,降低了馈电复杂性和馈电结构高度;对基本的电探针结构进行改进,通过控制扇形缝隙的圆心角大小来调整耦合量,并采用上下脊结构消除反射;设计了短螺旋天线结构,通过分离的参数分别优化轴比和反射,得到天线的轴比在?7°～7°的范围内小于0.5 dB;构建了一个20单元的直线馈电阵列,通过电探针结构从平板波导中耦合能量,实现了20单元的等幅馈电.最后仿真了一个工作在4.3 GHz,包含20×20个单元的螺旋阵列天线,结果表明:该天线的增益为31.6 dB,口径效率为74％,在4.11～4.43 GHz的频带范围内反射小于?16 dB,功率容量3.6 GW.

摘要： 红外光谱仪内部背景辐射在长波红外波段(8～12 μm)影响比较显著,会严重降低光学系统的分辨率和信噪比.利用TracePro光学分析软件,对基于交叉非对称Czemy-Turner(C-T)型平板波导红外光谱仪进行了背景辐射分析,包括机械构件表面发射率以及光学元件表面温度对背景辐射的影响.引入了杂光系数作为评价指标,根据仿真分析结果,在高低温箱中,对该红外光谱仪的背景辐射影响采取抑制措施并进行了实验测量,实验结果证明:采取背景辐射抑制措施后,C-T型平板波导光谱仪系统的杂光系数在常温下(298 K)能达到5％以下.

摘要： In order to miniaturize an infrared spectrometer,we analyze the current optical design of miniature spectrometers and propose a method for designing a miniature infrared gratings spectrometer based on planar waveguide.Common miniature spec-trometer uses miniature optical elements to reduce the size of system,which also shrinks the effective aperture.So the perform-ance of spectrometer has dropped.Miniaturization principle of planar waveguide spectrometer is different from the principle of common miniature spectrometer.In planar waveguide spectrometer,the propagation of light is limited in a thin planar waveguide,which looks like the whole optical system is squashed flat.In the direction parallel to the planar waveguide,the light through the slit is collimated,dispersed and focused.And a spectral image is formed in the detector plane.This propagation of light is similar to the light in common miniature spectrometer.In the direction perpendicular to the planar waveguide,light is multiple reflected by the upper and lower surfaces of the planar waveguide and propagates in the waveguide.So the size of corre-sponding optical element could be very small in the vertical direction,which can reduce the size of the optical system.And the performance of the spectrometer is still good.The design method of the planar waveguide spectrometer can be separated into two parts,Czerny-Turner structure design and planar waveguide structure design.First,by using aberration theory an aberration-corrected (spherical aberration,coma,focal curve)Czerny-Turner structure is obtained.The operation wavelength range and spectral resolution are also fixed.Then,by using geometrical optics theory a planar waveguide structure is designed for reducing the system size and correcting the astigmatism.The planar waveguide structure includes a planar waveguide and two cylindrical lenses.Finally,they are modeled together in optical design software and are optimized as a whole.An infrared planar waveguide spectrometer is designed using this method.The operation wavelength range is 8~12 μm,the numerical aperture is 0.22,and the linear array detector contains 64 elements.By using Zemax software,the design is optimized and analyzed.The results indi-cate that the size of the optical system is 130 mm×125 mm×20 mm and the spectral resolution of spectrometer is 80 nm,which satisfy the requirements of design index.Thus it is this method that can be used for designing a miniature spectrometer without movable parts and sizes in the range of several cubic centimeters.%为实现红外光谱仪器的小型化，通过分析现有小型光谱仪，提出了一种基于平板波导的小型红外光栅光谱仪的设计方法。平板波导光谱仪的小型化原理与一般的微小型光谱仪不同。在平板波导光谱仪中，光束被限制在一层薄薄的平板波导介质中传播，看起来像是整个光学系统被压扁了。在垂直于平板波导的方向上光学元件的尺寸可以做到很小，从而显著减小光学系统的尺寸。该系统的设计可分为 Czerny-Turner结构设计、波导结构设计。先根据像差理论设计 Czerny-Turner 结构，目标是保证光谱分辨率及校正像差；然后根据几何光学理论设计波导结构，包括平板波导和两个柱面透镜，目标是压缩光束并校正像散；最后将它们输入 Zemax 软件中进行综合优化，以获得最优的光学系统。据此方法设计了一个平板波导红外光栅光谱仪，工作波段为8～12μm，数值孔径为0．22，采用线阵探测器。通过 Zemax 软件对结果进行分析和评价，表明仪器光学系统的尺寸为130 mm×125 mm×20 mm，工作波段内光谱分辨率达到80 nm，满足设计指标要求。证明了该优化设计方法是可行的，所得系统尺寸小、性能高。

摘要： 根据麦克斯韦方程组以及手征媒质的本构关系,研究了手征负折射平板波导的色散特性.通过引入归一化频率、归一化传播常数,得到了用归一化参数表示的手征负折射平板波导的色散方程.数值计算结果表明,手征参数对平板波导的色散特性影响很大.当相对手征参数约为0.047 7时,左旋极化波零阶模消失;当相对手征参数大于1,即为手征负折射媒质时,存在零阶模.此外,还比较了手征负折射媒质平板波导和一般手征媒质平板波导的色散曲线变化趋势.

摘要： 从理论上分析了以理想磁导体(perfect magnetic conductor,PMC)为边界的手征负折射平板波导的模式特性及其磁场的具体分布.利用PMC边界条件,导出了手征负折射波导的色散方程和磁场各分量表达式.通过波导的色散曲线发现,当手征参数κ＞1时,某些区域曲线出现下凹,左旋圆极化(left circularly polarized,LCP)波的折射率为负值,实现了负折射特性,截止频率也不再是传播常数β=0所对应的频率.根据传播常数β和κ+,κ-的关系,将色散曲线分为3个区域,给出了各区域一阶奇模和一阶偶模磁场的具体分布,并与一般手征媒质平板波导的磁场分布作了比较.结果发现,切向分量场Hy,Hz在上下边界处为零,满足PMC边界条件.而由于面磁流的存在,法向分量Hx在边界处不为零.

摘要： 如何灵活地控制和操纵太赫波是目前研究的热点.根据电磁波传输理论，导出了等离子体辅助平板波导的场分布和色散关系表达式，计算了其传输特性，并通过全波仿真进行了证实.结果表明，等离子体辅助平板波导具有带阻特性，上边带截止频率等于等离子体频率，等离子体层越薄，下边带截止频率越高，带宽越窄；阻带内存在两种不同的物理机理，一种与等离子体和中间媒质的谐振耦合有关，另一种与表面波的形成有关.此外，本文还研究了等离子体频率及碰撞频率对传输特性的影响，提出了通过改变等离子体频率调谐平板波导滤波器特性的方法.同时，采用褶皱金属结构实现了等离子体层，设计了平板波导传感模型，通过改变凹槽内的材料的介电常数仿真了其传感特性，结果表明当材料的介电常数变化0.1%时，平均截止频率变化1.8 GHz；通过检测截止频率的变化，传感器能明显分辨氮、汽油、液态石蜡、甘油和水，证实了其优良的太赫传感特性.这项工作对研究太赫波的传输及太赫器件的设计和制备具有指导意义.%Flexible control of terahertz waves is now a research hotspot. Based on the electromagnetic theory the dispersion relation and field distributions in a plasmon-assisted parallel-plated waveguide are deduced. The transmission property of such a waveguide is obtained and confirmed by the full-wave simulation. Results show that the plasmon-assisted parallel-plated waveguide shows a band gap characteristic, and the cutoff frequency of the upper sideband is equal to the plasmon frequency; generally, the thinner the plasmon layer, the higher the cutoff frequency will be, and the narrower the bandwidth will become. Emergence of the band gap is due to the excited surface plasmon polaritons, and the coupling between surface plasmon and the medium in the waveguide. Besides, the influence of plasmon frequency and collision frequency on the transmission properties is investigated, and a method for adjusting the filter characteristic of the waveguide by tuning the plasmon frequency is proposed. Moreover, the plasmon layer is realized by a textured metallic structure, and a sensing model based on the parallel-plated waveguide is designed. Simulation results show that a 0.1 percent change in permittivity of the sample materials filling in the groove will give rise to a significant change of the cutoff frequency, which is 1.8 GHz in average; interestingly, different liquid samples such as nitrogen, gasoline, paraffin, glycerine and water can be identified through detecting the change of cutoff frequency, which further confirms the excellent terahertz sensing characteristic of the proposed sensor. This work may be helpful for the study of terahertz wave transmission, and may have potential applications in the design of terahertz devices.

摘要： [目的]研究一个中间两层为左手材料,覆盖层和衬底层为右手材料的四层平板波导(RHM-LHM-LHM-RHM)系统.[方法]用数值计算波导的色散曲线,画出不同模式的电场分布图.[结果]该波导存在TEo模和TM0模,高阶模式的TE模和TM模会出现双模现象,在特定的波导层厚度下,TEm模和TMm模的有效折射率相同.缓冲层的厚度和介电常数越大,TM模的双模现象越显著.模系数m为奇数或偶数的电场分布图相似,但波导层厚度越大,其电场振荡越强,而缓冲层的电场振荡基本不变.[结论]通过控制左手材料的介质参数可以灵活改变波导的模式特性.

摘要： 首先从平板波导的基础理论出发,得到三层平板波导层内TM波的转移矩阵,在此基础上进行拓展,推导出四层平板波导中的TM波的矩阵形式及其模式本征方程.

摘要： 为了实现宽带复合左右手传输线,提出并设计了一种反对称X型周期性左右手传输线结构.建立了结构的集总参数等效电路模型,并通过提取等效电路的元件值和S参数仿真,验证了传输线结构的谐振特性.采用参数反演算法对传输线结构的本构参数进行了提取和分析,证实了该结构具有1.6 GHz的带宽,其中在10.08～10.9 GHz呈现左手特性,在9.3～10.08 GHz呈现右手特性,属于宽带左右手传输线结构.最后,应用印刷电路板技术制作了X型复合左右手传输线,并利用平板波导系统对其S参数进行了测试,实验测试结果和仿真结果吻合较好,证明了所设计的左右手传输线结构的有效性.为宽带左右手传输线结构的设计和分析提供了一种手段.

摘要： 本文对可实现高增益特性的平板波导CTS(Continuous Transverse Stub)天线进行研究.通过在阵列两侧分时馈电,在E面产生两个对称的波束.利用一种优化泄漏常数抑制副瓣的方法,设计了一种工作频率为14GHz、波束指向为±30°的双波束低副瓣平板波导CTS阵列天线,其增益为28.37dBi,副瓣为-16.47dB,-10dB阻抗带宽为9.6GHz～15.5GHz.

摘要： 随着信息技术的发展,光学显示器被广泛应用于军事、娱乐、医疗等众多领域,而基于平板波导的光学显示器是研究的热点.本文首先分析了两种基于平板波导的光学显示器的基本原理,并讨论了存在的问题.为解决这些问题,提出了一种新的结构;半反膜平板显示系统,该结构可以实现1Omm的出瞳直径、15mm的出瞳距离和30°的视场角,同时具有反射型光学系统显示的优势:背景环境的高透过率和显示色彩的一致性.

摘要： 论文运用微分法对对称三层平板结构的金属芯型波导的表面模式进行分析。论文对比了采用不同包层材料情况下，相同金属芯层的表面模式的功率损耗特性;分析了相同包层材料，不同金属芯层对表面模式的损耗系数影响情况。理论分析表明：在相同包层情况下，Ag引入的损耗系数小;在相同芯层金属的情况下，采用聚合物作为包层材料的金属芯型对称三层平板波导的表面模式能获得更小的损耗特性，有利于实现长程等离子体表面模式。

摘要： 推导了沿单负介质平板波导传播表面波的特性,根据本征方程运用图解法得到沿为负的单负介质波导传播的奇、偶对称TM型表面波的色散曲线和场分布图,发现单负介质波导可同时传播同频的快波和慢波,且波速比双正介质波导中慢,场和能量集中于介质板的上下表面,提出仅单片单负介质板就能实现功分器和定向耦合器,该性能简化了传统的复杂结构,在发展微波器件的小型化方面有着潜在的应用价值。

摘要： 本文从麦克斯韦方程组出发,推导了平板波导中的模式色散方程。作出了由普通介质和左手介质构成的对称和非对称四种平板波导中的模式色散曲线.分析了低阶的TE模和TM模在不同波导中的传播特性:对称左手介质波导,衬底和覆层的折射率与芯层折射率越接近,单模传播速率最大时波导参数取值可以越大,这具有很大的应用价值；在覆层和衬底完全相同的情况下,色散曲线的斜率在左手介质波导中远大于普通介质波导；左手介质中,K0d在一定范围内取值时,存在一种新型色散.

摘要： 本文通过紫外写入方法制作出了表面折射率分布均匀的平板波导,在光敏芯区实现了高达0.0051的光致折变.通过棱镜耦合仪测量了波导深度方向上的折射率分布和光致折变△n随深度的变化趋势,并对光致折变随深度变化曲线进行了拟合,获得了光致折变在深度方向上分布的数学表达式

摘要： 本文针对全向圆极化辐射的波导缝隙天线进行研究,提出在利用平板波导作圆极化器的基础上加装波纹地面,起到矫正天线辐射方向、降低副瓣电平和交叉极化的作用.利用HFSS仿真软件,设计一种工作频率为10GHz、波束宽度80°的全向圆极化辐射的波导缝隙天线,天线增益为3dB,最大辐射增益的波动范围在±0.5dB,3dB轴比带宽15％.

摘要： 全息光波导近眼显示系统中,微像源发出的载像光波准直后经过输入耦合光栅传入平板波导,进行内全反射传播至输出耦合光栅,最终到达人眼.功耗、重量和体积是近眼显示系统的主要指标,全息光波导的设计与实现是简化光学系统的结构,得到更小的尺寸和重量的关键.本文以真实的图像传输为目的,对全息波导光栅的周期、效率、角度、结构等方面进行理论分析和优化设计,通过激光干涉曝光实验实现了相应的全息光栅,结合波导及光学设计,进一步实现了近眼图像的传输.

摘要： 本文建立了波导短程透镜的模场分布函数，给出了波导短程透镜和单模光纤的耦合效率表达式，同时在实际中测得波导短程透镜和光纤的耦合损耗大约为7db。

摘要： 本文建立了波导短程透镜的模场分布函数，给出了波导短程透镜和单模光纤的耦合效率表达式，同时在实际中测得波导短程透镜和光纤的耦合损耗大约为7db。

摘要： 本发明公开一种光波导及应用光波导的平板透镜，目的在于解决现有单列多排等效负折射率平板透镜的三维成像亮度低用户体验差的问题，其包括光波导单元，光波导单元包括至少一类全反射层和由全反射层隔开的至少两个子波导，每类全反射层由至少一层单一全反射层组成。本发明一种光波导及应用光波导的平板透镜通过在光波导单元中构造全反射层和由全反射层隔开的至少两个子波导，实现了对传统条形光波导中损耗区的光能量的收集，在一定程度上提升了三维成像的成像光亮度，提升了用户的视觉体验。

摘要： 本发明公开一种光波导及应用光波导的平板透镜，目的在于解决现有单列多排等效负折射率平板透镜的三维成像亮度低用户体验差的问题，其包括光波导单元，光波导单元包括至少一类全反射层和由全反射层隔开的至少两个子波导，每类全反射层由至少一层单一全反射层组成。本发明一种光波导及应用光波导的平板透镜通过在光波导单元中构造全反射层和由全反射层隔开的至少两个子波导，实现了对传统条形光波导中损耗区的光能量的收集，在一定程度上提升了三维成像的成像光亮度，提升了用户的视觉体验。

摘要： 一种基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，用输入波导、输出输入波导、平板波导和输出平板波导、阵列波导共同沉积在硅衬底上的AWG芯片上制作AAWG；将AWG芯片与输入光纤阵列和输出光纤阵列进行耦合、调试和固化，测试性能参数a1；将固化后的AWG芯片分割为AAWG的第一区域和第二区域，并测试分割造成的波导长度的损失L；将第二区域与第二基板粘接固定在一起，放置在固定夹具上；利用6维微调架夹具将AAWG的第一区域与第一基板固定，将补偿杆放置在第一区域和第一基板上，固化补偿杆；利用有第一区域和第一基板的6维微调架夹具，相对有第二区域与第二基板的固定夹具进行AAWG的第二次耦合调试，并测试性能参数a2，a3，a4；并将第一基板和第二基板固化。

摘要： 本发明公开一种基于平板波导移动的无热阵列波导光栅的制作方法，是在普通硅基二氧化硅阵列波导光栅芯片上，沿输入平板波导上的切割线或输出平板波导上的切割线将阵列波导光栅芯片分割成第一部分和第二部分；将温度补偿杆横跨放置在阵列波导光栅芯片切割线处，并同阵列波导光栅芯片的第一部分和第二部分的表面固定，通过温度补偿杆的热胀冷缩带动第一部分和第二部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移，制作出无热阵列波导光栅。本发明没有基板。第一部分a和第二部分b是放在六维精密微调架上进行六个方向完全自由调整；降低了器件成本；最大限度地简化了工艺步骤，使得器件制作简单易行；最大限度地降低器件性能恶化；稳定性强。

摘要： 一种基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置。其方法：使AWG芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列可靠地耦合对准；沿切割线将AWG芯片切割成可移动部分和固定部分；再将固定部分粘接在基板上面；然后将可移动部分放在基板上，使两部分的切割面紧密耦合；沿AWG芯片的两部分的连接线上将温度补偿杆的一侧边与可移动部分固定粘接在一起；利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足ITU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同AWG芯片相同后，将温度补偿杆的另一侧边与固定部分固定粘接在一起。其精调装置，为固定粘接有AWG芯片的基板和调节温度补偿杆在基板上的位置的结构。本发明简单易行，大大简化制作无热阵列波导光栅的工艺。

摘要： 一种光学设备，例如用于插入/分离复用器，动态增益均衡器或光功率监测器中。该光学设备包括：(a)基板；(b)位于基板上的第一平板波导；(c)位于基板上的不同长度的多个信道波导，从第一平板波导输出的光输入到信道波导中；和(d)位于基板上的第二平板波导，从信道波导输出的光输入到第二平板波导中。第二平板波导的端面与基板的端面同处一个面。该光学设备具有低损耗特性。

摘要： 本发明提供一种波分复用器中阵列波导光纤与平板波导垂直度的提高方法，包括如下步骤：S1、利用微纳通孔阵列制备方法制备输入平板波导和输出平板波导；S2、在输入平板波导和输出平板波导的轴向上分别放置CCD相机；S3、分别将输入平板波导、输出平板波导与对应的CCD相机调至平行；S4、将阵列波导中光纤的输入端和输出端分别插进输入平板波导和输出平板波导内，利用两个CCD相机的成像面分别对光纤的输入端和输出端的出射面进行光斑成像，根据光斑位置将光纤的输入端与输入平板波导之间的夹角及光纤的输出端与输出平板波导之间的夹角分别调整为直角。本发明可以有效提高波分复用器中阵列波导光纤与输入平板波导、输出平板波导的垂直度。

摘要： 本发明公开一种基于平板波导移动的无热阵列波导光栅的制作方法，是在普通硅基二氧化硅阵列波导光栅芯片上，沿输入平板波导上的切割线或输出平板波导上的切割线将阵列波导光栅芯片分割成第一部分和第二部分；将温度补偿杆横跨放置在阵列波导光栅芯片切割线处，并同阵列波导光栅芯片的第一部分和第二部分的表面固定，通过温度补偿杆的热胀冷缩带动第一部分和第二部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移，制作出无热阵列波导光栅。本发明没有基板。第一部分a和第二部分b是放在六维精密微调架上进行六个方向完全自由调整；降低了器件成本；最大限度地简化了工艺步骤，使得器件制作简单易行；最大限度地降低器件性能恶化；稳定性强。

摘要： 一种基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，用输入波导、输出输入波导、平板波导和输出平板波导、阵列波导共同沉积在硅衬底上的AWG芯片上制作AAWG；将AWG芯片与输入光纤阵列和输出光纤阵列进行耦合、调试和固化，测试性能参数a1；将固化后的AWG芯片分割为AAWG的第一区域和第二区域，并测试分割造成的波导长度的损失L；将第二区域与第二基板粘接固定在一起，放置在固定夹具上；利用6维微调架夹具将AAWG的第一区域与第一基板固定，将补偿杆放置在第一区域和第一基板上，固化补偿杆；利用有第一区域和第一基板的6维微调架夹具，相对有第二区域与第二基板的固定夹具进行AAWG的第二次耦合调试，并测试性能参数a2，a3，a4；并将第一基板和第二基板固化。

摘要： 一种基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置。其方法：使AWG芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列可靠地耦合对准；沿切割线将AWG芯片切割成可移动部分和固定部分；再将固定部分粘接在基板上面；然后将可移动部分放在基板上，使两部分的切割面紧密耦合；沿AWG芯片的两部分的连接线上将温度补偿杆的一侧边与可移动部分固定粘接在一起；利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足ITU－T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同AWG芯片相同后，将温度补偿杆的另一侧边与固定部分固定粘接在一起。其精调装置，为固定粘接有AWG芯片的基板和调节温度补偿杆在基板上的位置的结构。本发明简单易行，大大简化制作无热阵列波导光栅的工艺。