【摘 要】
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光波导和单模光纤(SMF)的耦合是光波导器件研制过程中的关键技术之一.影响其有效耦合的主要因素是模场失配.模斑转换器(SSC)是解决模场失配问题的一种有效手段,已成为光波导
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光波导和单模光纤(SMF)的耦合是光波导器件研制过程中的关键技术之一.影响其有效耦合的主要因素是模场失配.模斑转换器(SSC)是解决模场失配问题的一种有效手段,已成为光波导器件的光波入/出口元件.本文首先从Maxwell方程组出发,系统总结了有限差分束传输法(FD-BPM),推导出基于慢变包络近似(SEVA)的三维时域有限差分束传输方程(FDTD-BPM),并进一步将交替隐式迭代法(ADIM)和综合道格拉斯格式(GD)应用于该方程,得到了具有较高稳定性和较高精度的的差分方程.同时,对激励源和边界条件的使用都作了较为详细的探讨.接着,本文基于FD-BPM深入研究了基于GaAs半导体材料的脊型光波导和单模光纤间SSC,分析了其中光波传输演变以及引起插入损耗的各种因素,如侧面边界、长度、大端宽度和厚度,以及连接光纤和模斑转换器的过渡波导的有关参数,分别确定了二维、三维锥形光波导模斑转换器、三维锥形光波导模斑转换器和过渡波导的最佳参数.对横向偏移与损耗增量的关系、SSC中的光波模式转换和光功率传输演变作了数值仿真,获得了最佳耦合点,对SSC的横向校准容差也作了详细的分析.最后,本文还将模斑转换器应用于平面光波导器件,进行了实验,并对器件作了检测和验证,获得了预期的结果.
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