毕业设计开题报告-槽波导的模式求解与分析

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1、专业提供全套毕业设计长春理工大学毕业设计（论文）任务书题目名称：槽波导的模式求解与分析学生姓名：刘灿起止日期：题目要求（包括主要技术指标）:求解二维平板光波导槽波导屮各种可能的模式，给出波导结构对模式数量影响的定性或定量关系，数值求解不同波导结构下的模式传播常数和光场分布，分析槽波导屮不同模式的特点。在时间允许的情况下，对三维条形槽波导的模式进行分析系主任签字指导教师签字:论文开题报告（设计方案论证）1・木课题研究的目的、意义：2.国内外研究现状：3•拟采取的研究路线：4.进度安排。1、槽波导模式研究的目的和意义：为了在

2、小型化集成芯片上实现高功率，低损耗，人们不断提出在集成光学中的一个衬底基片上组合起不同形状的一维（一个方向上限制光波）和二维（两个方向上限制光波）光波导结构。其中主要捉出了应用各种二维光波导来制成波导型集成光学器件（集成光路）。2004年提出的引导和限制光在低折射率区中的新型波导结构槽波导（slotwaveguide）有几个非常独特的性质。一.它可以在低折射率材料中产牛•传统波导不能实现的高电场振幅，高光功率和高光强度。这个特性允许光场和有源材料之间的高效作用，从而在集成光子学中实现全光开关和参量放大。二.由于其强电场被

3、限制在纳米尺寸的低折射率区域，槽波导可以用来大大提高光学传感装置的灵敏度或提高近场光学探针的效率。三•槽波导的光场限制能力高，由克尔效应引起的非线性使其具有良好的开关特性，可以在许多光通信设备中应用。因此槽波导由于其独特结构在光通信领域的广阔应用前景而日益受到人们的重视。作为集成光子光路中重要组成部分，不同结构的槽波导可以分别应用于光调制解调器、定向耦合器、光学传感器等不同器件屮。因此，求解分析槽波导的模式可以明确其载波范围、色散特性等光学性质，应用于光通信领域的各个器件中。对槽波导的数值计算及结构优化的研究为进一步完善

4、波导设计，获得低损耗、高功率的波导结构具有重要意义。2、国内外研究现状：1969年，贝尔实验室的S.E.Miller首次提出集成光学，标志着光学器件从传统的离散光学器件发展到目前的集成光学阶段。在集成光学中，各种形式的二维光波导可以使光功率进入各个光器件，使光功率由器件引出，或使不同器件间实现耦合。国内外在实现光学器件微型化和高功率密度的方向不断开拓着。上世纪70年代初，研究人员通过对波导的制作材料和工艺的大量研究，半导体材料应用使平面光波导技术和平面制造技术成功结合。之后经过三十多年的研究开发，现在已有一些平面集成光波

5、导器件达到了商业化。其中有半导体激光器利用脊波导结构实现单模激光发射，小尺寸Y型分束器、定向耦合器等利用光子晶体波导实现弯折角度大、损耗小。目前为实现高密度密集集成光路和纳米集成光路，人们一直在探索研究新型集成光器件。2003年,康奈尔大学的博士生VR.Almeida和博士后C・A.Barrios在研究基于高约束硅光波导的金属氧化物半导体(MOS)电光调制器时，发现其结构的特殊性。他们很快应用这种结构提出了一种新型波导——槽波导(slotwaveguide)o2004年，他们理论分析了槽波导的导光和限光能力，接着实验验证

6、了在Si/SiO2材料体系中1.55^77工作波长的槽波导的特性。在这些开创性工作之后，研究人员开展了大量槽波导应用和变形的研究。2005年，麻省理工学院的研究人员提出了基于相同波导结构的多槽波导来加强低折射率区的光场限制能力。这种水平多槽波导在2007年第一次得到实验证实。加州理工学院的研究人员证实由非线性电光聚合物形成的槽波导，可用于制成高调制能力的环形调制器。这个原理使得后^Baehr-Jones等人得到了驱动电压为0.25V的马赫森徳调制器。研究人员利用槽波导的强限光能力研究制造了一系列集成光调制和探测器件。槽波

7、导使大部分光限制在非常小的低折射率区域，使其对覆盖介质的折射率或厚度的变化非常敏感。研究人员开发了一系列基于槽波导的超高灵敏度光学传感装置。2006年，亚琛工业大学的研究人员把槽波导结构应用到太赫兹频段。在太赫兹频段，槽波导分路器允许太赫兹波低损耗传输。国内不断开展对集成光学器件的研究，研究人员进一步分析了槽波导并推广了其应用。2007年，东南大学的研究人员利用槽波导设计了超小型多路信号分离器。2011年，东北林业大学提出十字型槽波导，并通过优化其参数实现高传播效率，加大了槽波导在微纳光学中应用。2012年，中科院西安光

8、机所提出双槽波导，并分析其低色散性。2013年，华东师范大学的研究人员利用相干气体填充槽波导实现电磁感应透明（EIT）,其窗口比自由空间的要更加宽广。2014年，清华信息科学与技术国家实验室的研究人员提出了在高吸收材料下槽波导的超低传播损耗特性。他们模拟得到，活性物质的吸收系数为3000时，槽波导在1.55““工作波