專利名稱：高性能聲光波導(dǎo)調(diào)制器設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器件領(lǐng)域，具體講涉及高性能聲光波導(dǎo)調(diào)制器設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
早在上世紀(jì)70年代初，就出現(xiàn)了波導(dǎo)聲光器件，特別是進(jìn)入70年代中后期出現(xiàn)大 量的有關(guān)波導(dǎo)聲光器件的報(bào)道，尤其是C. S Tsai對(duì)波導(dǎo)聲光器件做了大量的理論研究工 作。而后進(jìn)入八十年代以來，雖有大量的關(guān)于聲光器件的研究論文，但幾乎所有的研究工作 都是基于C.S Tsai早年的研究工作之上，大量的是一些實(shí)驗(yàn)性的工作。到目前為止，并沒 有系統(tǒng)的理論工作，有些相關(guān)的理論是經(jīng)驗(yàn)性的，因此理論是不完整的。
波導(dǎo)聲光開關(guān)與其他波導(dǎo)型開關(guān)相比，具有開關(guān)響應(yīng)速度快、隔離度高、偏振無 關(guān)、結(jié)構(gòu)小巧緊湊、可靠性好，驅(qū)動(dòng)功率低等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在激光調(diào)Q技術(shù)領(lǐng)域以及光通信 網(wǎng)絡(luò)中有著廣闊的應(yīng)用前景。在激光調(diào)Q技術(shù)領(lǐng)域，采用聲光調(diào)Q的雙包層光纖激光器在 激光加工，軍事領(lǐng)域，激光醫(yī)療等方面的應(yīng)用上就很具有吸引力。在光通訊網(wǎng)絡(luò)中，波導(dǎo)開 關(guān)起著上下路信號(hào)和不同光路之間交叉互聯(lián)的作用。 目前國內(nèi)外尚未有關(guān)于聲光波導(dǎo)調(diào)制器作為光纖激光器的Q開關(guān)方面的報(bào)道。而 且有關(guān)聲光開關(guān)的報(bào)道都是應(yīng)用于光通訊網(wǎng)絡(luò)中，起著上下路信號(hào)和不同光路交叉互聯(lián)的 作用，主要集中在開關(guān)陣列、級(jí)聯(lián)以及切趾、降低損耗等方面。由于目前聲光波導(dǎo)開關(guān)的 速度相對(duì)較慢，很難達(dá)到激光器調(diào)Q開關(guān)的要求，目前國際上報(bào)道的最高開關(guān)速度只達(dá)到 100ns，而且還只是理論研究，尚無進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)報(bào)道。 對(duì)于未來的高速光通訊系統(tǒng)，微秒量級(jí)顯然是很難滿足其要求的，提高開關(guān)速度 是必然趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)于目前的器件領(lǐng)域，能夠獲得高衍射效率和大帶寬的器件受到廣泛的 關(guān)注。就目前的研究現(xiàn)狀看，研究更高速的波導(dǎo)聲光開關(guān)已成為一種必然。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于建立一套提高聲光波導(dǎo)調(diào)制器速度、帶 寬和衍射效率的新理論，對(duì)調(diào)制器各設(shè)計(jì)參數(shù)、波導(dǎo)聲光互作用的重疊積分、聲波導(dǎo)、光波 導(dǎo)、總體結(jié)構(gòu)以及光纖與波導(dǎo)耦合等方面進(jìn)行了研究。利用這套設(shè)計(jì)理論分析的聲光波導(dǎo) 調(diào)制器的開關(guān)速度能進(jìn)入70ns以內(nèi)，衍射效率大于70%。在保證高的衍射效率的同時(shí)，還 獲得了大的帶寬。為實(shí)際設(shè)計(jì)聲光波導(dǎo)器件提供指導(dǎo)和參考。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采 用的技術(shù)方案如下 首先，把三維光波導(dǎo)分為兩個(gè)二維光波導(dǎo)來進(jìn)行考慮，近似過程是將三維光波導(dǎo) 按正交坐標(biāo)系分解，dx方向即為垂直方向，dy方向即為水平方向，垂直于dx、 dy方向?yàn)閦 軸，分為兩個(gè)二維光波導(dǎo)中的一個(gè)是在dx方向、dy方向構(gòu)成的平面上沿dx方向方向進(jìn)行 分析，另一個(gè)二維光波導(dǎo)是在dx方向、dy方向構(gòu)成的平面上沿dy方向方向進(jìn)行分析，最終 得到三維波導(dǎo)中dy與dx的比值與導(dǎo)模的等效折射率Ni的關(guān)系表達(dá)式，設(shè)n。是表示包層中 的折射率，nf是表示擴(kuò)散后波導(dǎo)的折射率；r^是表示襯底中的折射率；N,是表示導(dǎo)模的等效折射率，dx是表示在x方向的位移，dy是表示在y方向的位移，則 =一/ +~(", _《)，
其中b工表示導(dǎo)模的歸一化波導(dǎo)折射率，其表達(dá)式為、=( 》-"，)/("》-"，);其中Neff是表示波導(dǎo)整體的等效折射率， 由此便可以確定光的單模傳輸區(qū)域，同時(shí)考慮到光纖與波導(dǎo)的耦合損耗，需要選 擇耦合損耗和輻射損耗效應(yīng)最小的單模區(qū)域及光波導(dǎo)參數(shù)； 其次，獨(dú)立地分析錐形波導(dǎo)每個(gè)部分的各個(gè)模式的幅度以及相位錐形波導(dǎo)的每 小塊的輸出乘以一定的相位延遲，就等于下一個(gè)錐形波導(dǎo)小塊的輸入，以此類推，得到整 個(gè)錐形波導(dǎo)的功率損耗，以對(duì)不同形狀函數(shù)的錐形波導(dǎo)進(jìn)行分析，獲得損耗較低的波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)； 然后，利用聲表面波衍射理論模型分析聲光波導(dǎo)器件的帶寬和衍射效率的關(guān)系
設(shè)xy平面是襯底表面，而在xy平面上的y = 0的線是換能器的中心軸線，聲孔徑為2L，也 就是叉指換能器的有效指長(zhǎng)，Xl為聲表面波傳播的方向，假定在x = 0也就是孔徑線右邊 的聲波，可以用在^和x之間所有的不同角度e上這樣的平面波加權(quán)求和來表示，根據(jù)其
加權(quán)函數(shù)便可以得到聲表面波的強(qiáng)度分布關(guān)系；在滿足布拉格條件下，由表面波強(qiáng)度表達(dá)
式便可以得到對(duì)應(yīng)3dB帶寬的最高端和最低端的布拉格角，根據(jù)最高和最低布拉格角關(guān)系
式，得到相對(duì)帶寬和相對(duì)聲孔徑的關(guān)系式，從而得到布拉格帶寬與聲孔徑的關(guān)系； 最后是光纖與波導(dǎo)器件的耦合分析方法采用兩個(gè)半高斯函數(shù)組合的形式來描述
波導(dǎo)模場(chǎng)的垂直方向分布，并最終得到耦合效率的表達(dá)式，基于此表達(dá)式，得到波導(dǎo)模場(chǎng)的
橢圓度和不對(duì)稱度對(duì)光纖與波導(dǎo)耦合的模場(chǎng)失配損耗的影響。 采用對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，獲得損耗較低的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 本法發(fā)明具有以下技術(shù)效果 提出了利用改進(jìn)的光線近似法、聲表面波衍射模型理論和新的錐形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)方 法設(shè)計(jì)高性能波導(dǎo)調(diào)制器。聲光波導(dǎo)調(diào)制器以其體積小、插入損耗小、驅(qū)動(dòng)功率低、機(jī)械穩(wěn) 定度高、設(shè)計(jì)靈活方便、便于集成等優(yōu)點(diǎn)在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛應(yīng)用。本發(fā)明方法的創(chuàng)新點(diǎn) 在于首次運(yùn)用了聲表面波衍射理論分析衍射效率和帶寬之間的關(guān)系，在一定的條件下，可 以同時(shí)獲得大的帶寬和高的衍射效率。同時(shí)本發(fā)明采用改進(jìn)的光線近似理論分析光波導(dǎo)單 模傳輸條件，利用錐形波導(dǎo)理論分析光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸損耗的影響。通過對(duì)調(diào)制器各設(shè)計(jì) 參數(shù)、波導(dǎo)聲光互作用的重疊積分、聲波導(dǎo)、光波導(dǎo)、總體結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)參數(shù)的系統(tǒng)的理論分 析與設(shè)計(jì)，本發(fā)明可從理論計(jì)算得到聲光波導(dǎo)調(diào)制器的開關(guān)速度達(dá)到70ns以內(nèi)，衍射效 率大于70% ，并具有一定帶寬。本發(fā)明對(duì)聲光波導(dǎo)調(diào)制器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了討論，形成了一 套系統(tǒng)的理論，這對(duì)聲光波導(dǎo)調(diào)制器的研究工作具有很大意義，它將推動(dòng)聲光波導(dǎo)調(diào)制器 由理論向現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)化進(jìn)程


圖1是三維光波導(dǎo)分為2個(gè)二維光波導(dǎo)I和II。圖中n。是包層中的折射率；nf 是擴(kuò)散后波導(dǎo)的折射率；ns是襯底中的折射率；N,是導(dǎo)模的等效折射率。
圖2是錐形波導(dǎo)分析示意圖。圖中1是開始時(shí)的錐形波導(dǎo)的厚度；2是最后的錐形波導(dǎo)的厚度；3是錐形波導(dǎo)的總長(zhǎng)度。 圖3是聲表面波衍射分析示意圖。圖中4是聲孔徑；5是一個(gè)聲表面波分量，
P (e)是表示與換能器中心軸線x成e方向的波矢量；e,是表示e (e)在x方向的波 失分量；Py是表示P (e)在y方向的波失分量。 圖4是聲表面波衍射模型和耦合模模型分析的結(jié)果示意圖。 圖5是光纖與波導(dǎo)的模場(chǎng)分布示意圖。圖中，o p o 2是表示x方向的模場(chǎng)半徑； o 3是表示在y方向的模場(chǎng)半徑(模場(chǎng)強(qiáng)度從最大值下降到最大值的1/e時(shí)的模場(chǎng)寬度被 定義為模場(chǎng)半徑)；o f是表示光纖模場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)寬度。 圖6是不同波導(dǎo)模場(chǎng)深度(4iim，6i!m，8iim)下耦合效率與波導(dǎo)模場(chǎng)橢圓度的關(guān) 系圖。 圖7是本發(fā)明坐標(biāo)系示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的設(shè)計(jì)理論如下
1.光波導(dǎo)的設(shè)計(jì) 光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)采用改進(jìn)的光線近似理論和簡(jiǎn)單的錐形波導(dǎo)的分析設(shè)計(jì)理論。
1. 1改進(jìn)的光線近似法 光線近似法是對(duì)二維擴(kuò)散型光波導(dǎo)的分析方法，可以得到光在光波導(dǎo)中傳輸所滿 足的導(dǎo)模截止條件。而改進(jìn)的光線近似法是把三維光波導(dǎo)分為兩個(gè)二維光波導(dǎo)來進(jìn)行考 慮，近似過程如圖1所示。為了得到波導(dǎo)中光的單模傳輸，對(duì)于三維光波導(dǎo)I部分和II部 分，根據(jù)光線近似法我們可以分別得到光波導(dǎo)中光單模傳輸所滿足的條件。在設(shè)計(jì)光波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，就能得到最佳的單模區(qū)域。如圖1、圖7所示。
1. 2簡(jiǎn)單的錐形波導(dǎo)分析設(shè)計(jì)理論 錐形光波導(dǎo)是集成光學(xué)中一個(gè)重要的器件，被用來減小不同截面光波導(dǎo)連接時(shí)造 成的連接損耗，避免不必要的模場(chǎng)損耗以及簡(jiǎn)化不同波導(dǎo)間的連接面。 為了簡(jiǎn)化分析以及減小計(jì)算時(shí)間，忽略反射模和后向輻射模，忽略這些模式不會(huì) 影響分析結(jié)果。如圖2所示，我們把錐形波導(dǎo)分成為N個(gè)部分，由于在分析中忽略了后向模 式，因此可以獨(dú)立地分析錐形波導(dǎo)每個(gè)部分的各個(gè)模式的幅度以及相位。錐形波導(dǎo)的每小 塊的輸出乘以一定的相位延遲，就等于下一個(gè)錐形波導(dǎo)小塊的輸入。以此類推，我們就能得 到整個(gè)錐形波導(dǎo)的功率損耗。 因此，給定一個(gè)初始光場(chǎng)，根據(jù)上述思路，就能得到各種不同錐形波導(dǎo)的參數(shù)對(duì)其 功率損耗的影響。這種設(shè)計(jì)方法適用于任何形狀的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的分析。
2.聲波導(dǎo)的設(shè)計(jì) 在波導(dǎo)聲光器件中，經(jīng)常會(huì)存在由于SAW(聲表面波)在傳輸過程中的發(fā)散，導(dǎo)致 能量損失，襯底面的不充分利用以及一些彎曲的SAW傳輸路徑設(shè)計(jì)等問題。而聲波導(dǎo)能嚴(yán) 格的把SAW限制在固定的結(jié)構(gòu)中，可解決上述問題。 在波導(dǎo)聲光器件中最常用的聲波導(dǎo)是擴(kuò)散型聲波導(dǎo)，但是和條形聲波導(dǎo)相比，造 成的SAW傳輸能量損失更大，因此采用氧化物條形聲波導(dǎo)。我們對(duì)ZnO氧化物聲波導(dǎo)進(jìn)行 了分析研究，得到聲表面波速度和聲波導(dǎo)厚度的關(guān)系式。這個(gè)關(guān)系式將為實(shí)際聲波導(dǎo)設(shè)計(jì)
5提供理論依據(jù)。 3.高速聲光波導(dǎo)調(diào)制器各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì) 對(duì)于高速聲光波導(dǎo)調(diào)制器的參數(shù)設(shè)計(jì)，我們主要考慮了以下兩個(gè)方面
3. 1從重疊積分的角度對(duì)LiNb03晶體進(jìn)行討論 重疊積分主要由三部分組成聲光效應(yīng)，電光效應(yīng)以及表面波紋引起。在同時(shí)考慮布拉格衍射條件以及換能器的插入損耗等因素下，經(jīng)過計(jì)算我們得到，在一定的頻率范圍內(nèi)，SAW的頻率越小，重疊積分越大，衍射效率就越大的關(guān)系。但是SAW頻率過低，對(duì)于波導(dǎo)聲光互作用來說，會(huì)達(dá)不到布拉格衍射條件，若過高，重疊積分會(huì)比較小，因此一股選擇頻率在200MHz左右。 3. 2從導(dǎo)光波的模式、波導(dǎo)深度以及SAW頻率等方面分析了聲光器件衍射效率
由以上分析我們可以得到導(dǎo)光波模式越高，波導(dǎo)厚度越大，需要的SAW驅(qū)動(dòng)功率越大，而SAW頻率比較適宜的范圍是170-220MHz，導(dǎo)光模采用單模。
4.利用聲表面波衍射理論模型分析聲光波導(dǎo)器件的帶寬和衍射效率的關(guān)系
為了使問題簡(jiǎn)化，我們參考光波衍射得標(biāo)量分析法，用標(biāo)量來表示聲表面波的輻射場(chǎng)。這樣就使問題簡(jiǎn)化成為了一個(gè)二維的標(biāo)量衍射場(chǎng)問題。如圖3所示，xy平面是襯底表面，而在xy平面上的y = 0的線是換能器的中心軸線，聲孔徑為2L(也就是叉指換能器的有效指長(zhǎng))。^為聲表面波傳播的方向。我們假定，在1 = 0也就是孔徑線右邊的聲波，可以用在^和x之間所有的不同角度e上這樣的平面波加權(quán)求和來表示。根據(jù)其加權(quán)函數(shù)便可以得到聲表面波的強(qiáng)度分布關(guān)系。 波導(dǎo)聲光器件的帶寬主要是由換能器帶寬和布拉格帶寬來共同決定，其值取決于數(shù)值小的那個(gè)。 一股情況下，換能器帶寬通常是會(huì)很大的，因此通常情況下聲光器件的帶寬就是布拉格帶寬。 3dB布拉格帶寬，即其強(qiáng)度為最大值的50X時(shí)，在滿足布拉格條件下，由表面波強(qiáng)度表達(dá)式便可以得到對(duì)應(yīng)3dB帶寬的最高端和最低端的布拉格角。根據(jù)最高和最低布拉格角關(guān)系式，我們可以得到相對(duì)帶寬和相對(duì)聲孔徑的關(guān)系式。相對(duì)帶寬與相對(duì)聲孔徑的關(guān)系可以由圖4直觀的表示出來。
5.光纖與波導(dǎo)器件的耦合 光纖與波導(dǎo)之間耦合的總損耗主要包括菲涅耳反射(兩端面多次反射)損耗、傳輸損耗(由于散射和吸收)和模場(chǎng)失配損耗。經(jīng)過分析我們得到，損耗的主要來源是模場(chǎng)失配損耗。 由于制作過程造成條形波導(dǎo)模場(chǎng)一些先天性的不對(duì)稱，如圖5所示，波導(dǎo)的模場(chǎng)是偏心的(o , o 2 # o 3)和不對(duì)稱(o工# o 2)的。我們采用兩個(gè)半高斯函數(shù)組合的形式來描述波導(dǎo)模場(chǎng)的y方向分布，并最終得到耦合效率的表達(dá)式?；诖吮磉_(dá)式，我們便可以得到波導(dǎo)模場(chǎng)的橢圓度和不對(duì)稱度對(duì)光纖與波導(dǎo)耦合的模場(chǎng)失配損耗的影響。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。 對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的高速波導(dǎo)聲光調(diào)制器，在調(diào)制速度(開關(guān)時(shí)間)、衍射效率和大的帶寬方面都取得了良好的效果。本發(fā)明主要由聲波導(dǎo)、錐形光波導(dǎo)、叉指換能器、光波導(dǎo)襯底以及聲吸收帶組成。為達(dá)到上述性能，結(jié)合附圖對(duì)本設(shè)計(jì)發(fā)明進(jìn)行說明。
首先，為了保證三維光波導(dǎo)中光的單模傳輸，如圖1所示，利用設(shè)計(jì)方案1. 1中的
6分析方法，最終我們可以得到三維波導(dǎo)中dy與dx的比值與導(dǎo)模的等效折射率Ni的關(guān)系表達(dá)式，由此便可以確定光的單模傳輸區(qū)域。同時(shí)考慮到光纖與波導(dǎo)的耦合損耗，需要選擇耦合損耗和輻射損耗效應(yīng)最小的單模區(qū)域及光波導(dǎo)參數(shù)。 其次，本發(fā)明提出了一種新的分析設(shè)計(jì)錐形光波導(dǎo)的方法。如圖2所示，利用導(dǎo)波模場(chǎng)與輻射模場(chǎng)的正交關(guān)系，可以得出整個(gè)錐形波導(dǎo)的功率損耗。我們可以對(duì)不同形狀函數(shù)的錐形波導(dǎo)進(jìn)行分析，獲得損耗較低的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。其次，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡可能采用對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這樣可以降低功率損耗。 然后，基于設(shè)計(jì)方案4中的分析方法，我們可以得到布拉格帶寬與聲孔徑的關(guān)系，其相對(duì)聲孔徑與相對(duì)帶寬的關(guān)系如圖4所示。實(shí)線為基于聲表面波衍射模型，虛線為基于耦合模理論。從圖4中可以看出，隨著相對(duì)帶寬的增大，相對(duì)聲孔徑首先是減小，當(dāng)相對(duì)帶寬為1的時(shí)候，基于衍射模型的實(shí)線表明相對(duì)聲孔徑是增大的，也即表明帶寬與衍射效率是成正比的，這意味著對(duì)于單個(gè)叉指換能器的波導(dǎo)聲光器件來說，同時(shí)獲得大的衍射效率和帶寬是可能的。 最后，利用設(shè)計(jì)方案5中的設(shè)計(jì)方法，我們通過模擬得到不同波導(dǎo)深度下耦合效率與波導(dǎo)模場(chǎng)橢圓度的關(guān)系曲線，如圖6所示。從圖6中可以看出，當(dāng)波導(dǎo)模場(chǎng)橢圓度接近于1時(shí)，波導(dǎo)深度為4微米，耦合損耗變高了 ；然而波導(dǎo)深度為6微米時(shí)，其變化趨勢(shì)是開始變小，然后又逐漸變大；波導(dǎo)深度為8微米時(shí)，耦合損耗卻逐漸變小。由此我們發(fā)現(xiàn)小的波導(dǎo)模場(chǎng)不對(duì)稱度意味著低的耦合損耗，但是小的波導(dǎo)模場(chǎng)的橢圓度并不總就帶來低的耦合損耗，這個(gè)得根據(jù)波導(dǎo)模場(chǎng)的深度來決定。 綜上可以看出，本發(fā)明在提高聲光波導(dǎo)調(diào)制器的衍射效率、帶寬、開關(guān)速率、降低光纖與器件耦合損耗等方面取得了良好的效果，同時(shí)該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點(diǎn)。本發(fā)明適用于提高各種聲光波導(dǎo)器件的性能。
權(quán)利要求
一種高性能聲光波導(dǎo)調(diào)制器設(shè)計(jì)方法，其特征是，首先，把三維光波導(dǎo)分為兩個(gè)二維光波導(dǎo)來進(jìn)行考慮，近似過程是將三維光波導(dǎo)按正交坐標(biāo)系分解，dx方向即為垂直方向，dy方向即為水平方向，垂直于dx、dy方向?yàn)閦軸，分為兩個(gè)二維光波導(dǎo)中的一個(gè)是在dx方向、dy方向構(gòu)成的平面上沿dx方向方向進(jìn)行分析，另一個(gè)二維光波導(dǎo)是在dx方向、dy方向構(gòu)成的平面上沿dy方向方向進(jìn)行分析，最終得到三維波導(dǎo)中dy與dx的比值與導(dǎo)模的等效折射率Ni的關(guān)系表達(dá)式，設(shè)nc是表示包層中的折射率，nf是表示擴(kuò)散后波導(dǎo)的折射率；ns是表示襯底中的折射率；NI是表示導(dǎo)模的等效折射率，dx是表示在x方向的位移，dy是表示在y方向的位移，則其中bI表示導(dǎo)模的歸一化波導(dǎo)折射率，其表達(dá)式為其中Neff是表示波導(dǎo)整體的等效折射率，由此便可以確定光的單模傳輸區(qū)域，同時(shí)考慮到光纖與波導(dǎo)的耦合損耗，需要選擇耦合損耗和輻射損耗效應(yīng)最小的單模區(qū)域及光波導(dǎo)參數(shù)；其次，獨(dú)立地分析錐形波導(dǎo)每個(gè)部分的各個(gè)模式的幅度以及相位錐形波導(dǎo)的每小塊的輸出乘以一定的相位延遲，就等于下一個(gè)錐形波導(dǎo)小塊的輸入，以此類推，得到整個(gè)錐形波導(dǎo)的功率損耗，以對(duì)不同形狀函數(shù)的錐形波導(dǎo)進(jìn)行分析，獲得損耗較低的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；然后，利用聲表面波衍射理論模型分析聲光波導(dǎo)器件的帶寬和衍射效率的關(guān)系設(shè)xy平面是襯底表面，而在xy平面上的y＝0的線是換能器的中心軸線，聲孔徑為2L，也就是叉指換能器的有效指長(zhǎng)，xI為聲表面波傳播的方向，假定在x＝0也就是孔徑線右邊的聲波，可以用在xI和x之間所有的不同角度θ上這樣的平面波加權(quán)求和來表示，根據(jù)其加權(quán)函數(shù)便可以得到聲表面波的強(qiáng)度分布關(guān)系；在滿足布拉格條件下，由表面波強(qiáng)度表達(dá)式便可以得到對(duì)應(yīng)3dB帶寬的最高端和最低端的布拉格角，根據(jù)最高和最低布拉格角關(guān)系式，得到相對(duì)帶寬和相對(duì)聲孔徑的關(guān)系式，從而得到布拉格帶寬與聲孔徑的關(guān)系；最后是光纖與波導(dǎo)器件的耦合分析方法采用兩個(gè)半高斯函數(shù)組合的形式來描述波導(dǎo)模場(chǎng)的垂直方向分布，并最終得到耦合效率的表達(dá)式，基于此表達(dá)式，得到波導(dǎo)模場(chǎng)的橢圓度和不對(duì)稱度對(duì)光纖與波導(dǎo)耦合的模場(chǎng)失配損耗的影響。FDA0000019972240000011.tif,FDA0000019972240000012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一種高性能聲光波導(dǎo)調(diào)制器設(shè)計(jì)方法，其特征是，采用 對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，獲得損耗較低的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。<)/("/ _<);其中Nrff是表示波導(dǎo)整體的等效折射率，
全文摘要
本發(fā)明涉及激光器件領(lǐng)域，具體講涉及高性能聲光波導(dǎo)調(diào)制器設(shè)計(jì)方法。為建立一套提高聲光波導(dǎo)調(diào)制器速度、帶寬和衍射效率的新理論，為實(shí)際設(shè)計(jì)聲光波導(dǎo)器件提供指導(dǎo)和參考，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，首先，把三維光波導(dǎo)分為兩個(gè)二維光波導(dǎo)來進(jìn)行考慮，近似過程是將三維光波導(dǎo)按正交坐標(biāo)系分解；其次，獨(dú)立地分析錐形波導(dǎo)每個(gè)部分的各個(gè)模式的幅度以及相位；然后，利用聲表面波衍射理論模型分析聲光波導(dǎo)器件的帶寬和衍射效率的關(guān)系；最后是光纖與波導(dǎo)器件的耦合分析方法。本發(fā)明主要應(yīng)用于高性能聲光波導(dǎo)調(diào)制器的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G02F1/125GK101788710SQ20101012436
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者寧繼平, 范國芳, 趙勇, 韓群, 高志偉 申請(qǐng)人:天津大學(xué)