【word】 光束传播法在光波导中的应用

【word】 光束传播法在光波导中的应用 光束传播法在光波导中的应用 2010年第24期内蒙古石油化工5 光束传播法在光波导中的应用 凤兰,吴根柱,霍海燕 (内蒙古电子信息职业技术学院,内蒙古呼和浩特010010) 摘要:近几年来出现了一些分析集成光波导的数值分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,在这些方法中,光束传播法是分析 光波导器件的一种有效的方法.本文简单介绍了光束传播法的发展概况和基本计算思路,并利用有限差 分光束传播法模拟出了脊波导半导体激光器的剖面,使光束传播法得到了广泛的应用. 关键词:光束传播法;光波导 中图分类号:0439文献标识码:A文章编号:1006--7981(2010)24--0005--02 随着光波导技术的发展,用于光波导中的快速, 精确的数值模拟方法越来越重要,特别是对于,些 结构复杂的平面光波导,由于很难有具体的解析解, 所以数值模拟方法对于 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 性能优良的平面光波导 器件是十分重要的一个环节. 目前光波导的一些理论和计算方法主要集中于 模场和传播常数的求解,而对光脉冲在波导中的动 态传输则需要采用光束传输法(BPM),因为它可以 模拟折射率随传播方向发生变化的波导情形,与特 殊的波导模式无关形象地放映场在波导中的传播 与变化情况,对于平面光波导器件设计而言无疑具 有很大的实用价值,所以BPM是目前优化设计平面 光波导器件最流行的方法.部分或全部使用BPM方 法设计并得以实验证实的器件包括: 无源波导器件,光开关,多模波导器件,环形激 光器,光延迟线回路,新颖Y分支结构,光连接器,偏 振分离器,绝热耦合器等. 1光束传播法的基本计算思路 光束传输法的基本计算思路如图1所示.假设 光场沿着光波导的纵向传播,如果在Z=Z的平面A 内光场分布已知,BPM就是要通过已知场的分布求 出处平面B内的场,然后重复此操作,就可以模拟 分析整个集成光波导内的场分布.经过近二十年的 发展,BPM已经成功形成了自己的体系.根据是否 考虑偏振属性分类,BPM包括标量,半矢量,全矢量 三种形式.根据是否考虑反射,BPM包括正向传播 BPM和双向传播BPM.为了求解波导的模式,引入 了BPM虚轴传播技术.实践中最常用的是有限 差分光束传播法(FD--BPM),后来严朝军Ea3等提出 了一种三维有限差分光束传播法,有效而方便地处 理了透明边界条件的三维扩展问题,大大扩宽了FD — BPM法的适用范围. ZZ 图1BPM的基本计算思路 2用有限差分光束传播法模拟脊波导激光器 2.1脊波导半导体激光器 脊形光波导半导体激光器[是一种重要的波导 结构,在集成光学中得到了广泛应用.脊形波是在平 [2] [3] [4] [5] 陈洪.油气开采用表面活性剂的合成及性能研 究[D].西南石油学院,2004:67~68. 郭万奎,杨振宇,伍晓林,张国印,王海峰.用于 三次采油的新型弱碱表面活性剂[J].石油学 报,2006,27(5):75,78. YoussefTouhami,DipakRana.Vladimir hornof.Effectsofaddedsurfactantonthe dynamicinterracialtensionbehaviorof acidicoil/alkalinesystems[J].Journalof ColloidandInterfaceScience2001,239: 226,229. 赵宇.系列烷基苯磺酸盐纯化合物的合成及界 面性能的研究[D].大连:大连理工大学, 2OO6. [6] [73 [8] [9] BorthakurA,SarmahA,RahmanM,etaJ. Synthesisofsodiumpetroleumsulfonates andtheirinterracialactivityagainstIndian crudeoil[J].IndianJChemTechnol,1996.3 (2):1O7,l11. 丁伟,王瑞,于涛,曲广淼,温海飞.2,5一二甲 基十二烷基苯同分异构体的精细合成与表征 [J].石油(石油加工),2007,23(6):75, 79. 丁伟,王艳,于涛,等.系列十二烷基二甲苯基 磺酸钠的合成与表面性能[J].应用化学, 2007,24(9):1018—1022. 钟雷,丁悠丹.表面活性剂及其助剂分析EM]. 杭州:浙江科学技术出版社,1991. 收稿日期:2009--12—28 基金项目:国家自然科学基金(60366001)资助项目. 作者简介:凤兰(1978一),女(蒙古族),内蒙古电子信息职业技术学院. 6内蒙古石油化工2010年第24期 板波导的基础上发展起来的一种波导结构,其波导 层不再是夹在两个低折射率限制层之间的无限宽的 平板,而是一个剖面为脊形的波导层.如果脊形的宽 度为W内脊高和外脊高分别为H和h,脊形的宽度 比为t=W/H,脊形的高度比为r=h/H.为了获得 单模传输,脊形波导的几何参数应当满足下列两个 条件: t? r>0.5(2) 可以看出,为了在脊形波导中获得单模传输,脊 形的外部同内部的高度比应当大于0.5.也就是说将 脊形外部刻蚀掉时,刻蚀深度不能超过脊形高度的 一 半.与此同时,脊形的高度应满足式(1) 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 .脊 形的宽度,高度和外部高度之间是紧密相关,互为制 约的.依照目前的工艺,H的大小为5微米左右.由 此计算得的w和h分别为5微米和3微米的量级.这 就表明:?脊形波导的线度大为增加,达几个微米 厚,比原先的0.02--.1微米的情形厚得多.因而便于 制造.?式(1)和(2)示出了单模传输所需尺寸的 范围,有较大的额差.这为制造工艺提供了方便,降 低了工艺难度.?加大单模传输的尺寸之后,光波 从波导端面射出时光束的衍射作用减少.光束发散 角度减少.或者反过来,激光器的光束射到波导端面 上时,接收面积变大,因此大大增加了脊形波导同其 他光电器件(激光器,探测器等)的耦合效率.至今, 脊形波导为半导体光波导器件中主要结构,发挥着 重要的作用. 2.2用有限差分光束传播法模拟脊波导半导体激 光器 本文把脊波导半导体激光器波导层分成四层结 构,从底依次为衬底,第一层,第二层,第三层,第四 层和覆盖层,对应的折射率为no,n1,n2,n3,n4,n,从 第一层到第四层高度分别为h,h.,h.,h,相关参数 的大小如下表1,2所示. 表1脊波导半导体激光器结构参数和折射率 类别参数 真空波长 脊波导宽 (waveguidewidth) 脊波导高 (waveguideheigh) 薄膜高(slabheigh) 衬底折射率 (substrateindex) 覆盖层折射率 (coverindex) 表脊波导半导体激光器波导层结构参数和折射率 根据上面两个表所示的参数,用三维傍轴近似 有限差分光束传播法模拟出多层脊波导半导体激光 器横模折射率剖面图,如图2,同时也给出了X,Y,z 的取值范围. 5 14 f3 喜 2 1 O . 1 . 8-6-4.202468 X(}lm) 3.45 ]- 一 ? _ 图2脊波导半导体激光器折射率剖面 3结论 通过对脊波导半导体激光器结构参数和折射率 的确定,并利用有限差分光束传播法我们模拟出了 层次鲜明的脊波导半导体激光器折射率剖面.光束 传播法能直观完备地反映光波导器件的特性,准确 快速地达到预期的要求.这对光波导的应用是非常 有利的. [参考文献] XuCL,HuangWP,ChaudhuriSK.Effi— cientandaccuratevectormodecalculations byBeampropagationmethod.Journalof Light—waveTechnology,1993,11(7),1209 , 1215. SpuhlerMM,WiesmannD,FreulerPetc. ’orderpropa— Directcomputationofhigher’— gationmodesusingthe. 严朝军,许政权,陈益新.三维有限差分波束传 播法:用于Ti:LINbO2方向耦合器的模拟,光 学,1997,17(6),778”-’781. 余金中.半导体光电子技术EM].北京,化学 工业出版社,2003. ]]]]口 啦m肌叭