集成光学理论与技术 第六版 作　者： （美）亨斯珀格 著，叶玉堂 等译 出版时间： 2012 内容简介 　　《国外电子与通信教材系列：集成光学理论与技术（第六版）》是集成光学方面的一本经典著作，全书共22章，重点论述了集成光学用光波导、耦合器、调制器、激光器、探测器等光电子器件的工作原理及制作工艺，介绍了聚合物和光纤集成光学、量子阱器件、微光机电器件、光子与微波无线系统、纳米光子学等前沿研究，概述了集成光学的应用和发展前景。各章重点阐述物理概念和工程计算，避开复杂的数学推导，理论精辟，内容新颖，简明扼要，深入浅出。每一章末尾列出了主要参考资料并附有习题。

基于石墨烯纳米带阵列的共振效应，提出了三层石墨烯纳米带阵列结构，研究了该阵列参数对复合结构的多频滤波特性的影响规律。利用时域有限差分（FDTD）法，讨论了费米能级、石墨烯带宽占比、外界折射率对滤波频率的影响。研究结果表明，增加费米能级能使谐振频蓝移，增加石墨烯带宽占比和外界折射率均使谐振频率红移，费米能级改变0.1 eV时，谐振频率的改变量超过5 THz。

理论分析了一种将微环谐振器阵列与马赫曾德尔干涉仪(MZI)相结合实现的反射型滤波器结构。将此结构类比为两类四端口网络级联模型,利用传输矩阵法推导出其通用函数形式,并给出单环及三环结构下的能量反射系数具体公式。通过传输函数矩阵模拟计算了取不同耦合系数值情况下的反射谱形变化,给出了原因分析及讨论。并模拟了引入传输损耗对三环结构谐振峰反射率的影响。数值结果表明：适当选取直波导与微型环以及微型环间耦合系数幅值时,此结构能够作为反射型滤波器件应用于密集波分复用(DWDM)系统,也可实现激光器反射镜面的功能;由于传输损耗增加而引起的谐振峰反射率下降程度依赖于所选取的耦合系数值。

反射镜作为光子集成电路的基本元件,被应用于量子通信、智能电网、航空航天等多种领域。高反射率、低温度敏感性的片上光反射镜可以大大简化光子集成电路系统,提高光子集成电路的可靠性和稳定性。因此,提出了一种基于绝缘体上硅的高反射率、低温度敏感性片上光反射镜方案。该方案采用Sagnac环结构,可在3.41 nm波长范围内实现超高反射率(反射率大于90%),在32.85 nm波长范围内实现高反射率(反射率大于80%)。通过片上微型热电极对该反射镜进行加热,结果表明,当微型热电极的功率从0 mW逐渐升高至6 mW时,在1566.5~1568.58 nm波长范围内反射镜的波长漂移量小于0.045 nm,反射率变化小于0.19 dB。该反射镜具有尺寸小、质量轻、制造简单、反射率高、损耗小、温度不敏感等优势,可广泛应用于激光器、微波光子滤波器、光传输网等通信和信号处理领域。

设计了一种基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器,该器件由波分解复用(WDM)和模分解复用(MDM)两部分组成。其中,波分解复用部分由两个一维光子晶体纳米梁腔构成,模分解复用部分采用硅基纳米线波导结构。利用三维时域有限差分法,计算分析了该混合解复用器的性能参数。结果表明,该器件可以在波长1570.0 nm和1573.2 nm处实现基模(TE0)和一阶模(TE1)四个信道的解复用功能,插入损耗小于0.37 dB,信道串扰小于-18.4 dB,自由光谱范围可以达到400 nm。该混合解复用器可以应用于模分-粗波分复用系统中。

设计蝶形多模干涉(MMI)耦合器时,需要根据所要求的功率分割比率确定器件的结构参量。作为矩形多模干涉耦合器的特征参量的耦合长度,通过数值分析对称干涉型矩形多模干涉耦合器的成像位置而得到,从而可利用模传输分析(MPA)法的公式设计出蝶形多模干涉耦合器的理论预期结构。使用有限差分波束传输法(FD-BPM)对设计参量进行校正,并且数值算出器件实际实现的功率分割比率。针对基于SOI晶片的设计实例表明,仿真得到的蝶形多模干涉耦合器的长度较理论预期大2～4 μm,实际实现的功率分割比率较理论预期值低且器件形状越偏离矩形,其值相差越大。

根据磁光材料的非互易特性和波导光栅的滤波特性,介绍了一种磁光波导光栅的非互易滤波特性及其应用。该磁光波导光栅采用法拉第旋转系数为4800 °/cm的掺铈钇铁石榴石(Ce:YIG)材料、单模的脊型补偿墙截面结构和cosine型变迹光栅结构的设计。利用有限差分法和等效折射率法模拟该磁光波导光栅非互易效应的大小,同时结合耦合模理论和转移矩阵法对该磁光波导光栅的非互易滤波特性进行分析。结果表明,对于TE模和1550 nm波段,该磁光波导光栅正反向传输的中心波长偏移0.8 nm,带宽0.4 nm(-20 dB)。这种非互易滤波特性可以用来实现波长选择光隔离器和光分插复用器(OADM)等集成光学器件。

凹面光栅解复用器相邻信号通道的串扰由相邻输出光波导之间的横向互耦合效率和输出光波导对相邻信号通道中心波长的响应效率两部分组成。在弱耦合近似条件下, 基于场型分析方法确定的两平行条形光波导之间的横向互耦合系数, 分析了凹面光栅解复用器中两个结构相同的输出光波导之间的互耦合特性, 阐明输出光波导之间的串扰特性与基本结构参数的关系; 根据基于光栅刻面的衍射特性、输入光波导的发射特性和输出光波导的接收特性给出的凹面光栅解复用器信号通道的光谱响应效率函数表达式, 阐明罗兰圆结构凹面光栅解复用器信号通道的光谱响应特性与基本结构参数的关系。这些结论可为确定凹面光栅解复用器的基本结构参数提供理论支持。

本文报道用准光波导方法测量了沉积在棱镜底面上的聚苯乙烯和聚醚砜薄膜,确定了这两种聚合物薄膜的折射率和薄膜厚度.并用偏振光测定了其双折射.薄膜折射率测量误差为±1×10~(-3),薄膜厚度测量误差为±0.01μm.

在空气孔阵列型平板光子晶体多模波导中，探索了反对称多模干涉条件下的二重像特性，并基于此研究和设计了一种新型的2×2超微光功分器。通过调制多模干涉区内一对空气孔的有效折射率，可以获得任意的光功率分配比。作为示例，设计了一款3 dB 2×2光功分器，时域有限差分法的模拟结果表明，该器件不仅具有16 μm×8 μm的超微尺寸，而且具有97%的高输出效率。这种方法可以推广到M×N光功分器，在光集成回路中具有潜在的应用价值。