光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输线性特性的数值仿真.pdfVIP

第57卷 第 11期 2008年 11月 物 理 学 报 Vo1．57，No．11，November，2008 1000—329012008／57(11)／7012—05 ACrIA PI4YSICA SINICA @2oo8Chin．PhyS．Soc． 光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输线性特性的 数值仿真 田 赫 掌蕴东 王 号 邱 薇 王 楠 袁 萍 (哈尔滨工业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨 150080) (2008年3月 19日收到；2008年5月 10日收到修改稿) 利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导色散关系的一般表达式，并由色散关系出发讨论了光脉冲在微环 耦合谐振光波导中传输时的线性特性，包括带宽、群速度、色散和线性相位变化，这些特性对微环耦合谐振光波导 在光通信和光传感领域的应用有重要意义 ． 关键词：微环光波导 ，光脉冲线性特性 ，传输矩阵法 ，数值仿真 PACC：4280L，4281，4282 些近似情况下才能解 出色散关系．与紧束缚法相 1．引 言 比，传输矩阵法则较为简便、直观 ，我们只需求解传 输矩阵同样可求得微环耦合谐振光波导 的色散关 早在 1969年 Marcatili…就提出了光微环谐振器 系，并可证 明这两种方法是等价的 ．本文利用传 的概念与结构 ，但由于制作工艺水平较低的限制，对 输矩阵法求解微环耦合谐振光波导色散关系的一般 这方面的研究发展 比较缓慢，而近些年来随着平面 表达式，并 由色散关系出发讨论了光脉冲在微环耦 微加工工艺水平的不断提高，光微环谐振器受到人 合谐振光波导中传输时的线性特性，包括带宽、群速 们广泛的关注和研究 ，由于光微环谐振器的谐 度、色散和线性相位变化，对微环耦合谐振光波导在 振不需要腔面或光栅来提供光反馈 ，因此十分有利 光通信和光传感领域的应用有重要意义． 于与其他光电子元器件的集成 ，易于制成光学芯片， 是当前光波导领域 中一个重要的研究方向．多个微 2．理论分析 环谐振器相互耦合成链构成微环耦合谐振光波导 ， 如图1所示 ]，由于光波在谐振器问的谐振传输，使 微环耦合谐振光波导结构如图1所示，。，o：， 得光波在微环耦合谐振光波导中的传输特性不同于 b，b：(n=0，1，2，…)是其 内部光场振幅．由图 1， 在一般介质波导中的传输，目前对微环耦合谐振光 相邻两微环之间的光耦合及微环内的光传输可分别 波导研究包括滤波 ]、波分复用 、波长变 用矩阵描述为 换n 、调制n 、开关n 等 ，也有应用于激光方面的 ： 相关报道n ，其在光通信、光学传感及量子光学领 。 域有重要的应用前景 ． 目前分析微环耦合谐振光波导的方法主要是紧 束缚法n 和传输矩阵法 ’ ，利用紧束缚法可得 到微环耦合谐振光波导中传输 电场的本征值 ，通过 [：：]：[口：][：】=[：】，c2 求布洛赫形式的独立谐振模 ，得到波导的色散关系， 但是这种方法比较复杂，处理问题难度大，只有在某 其中 ，k分别为振幅透射及耦合系数，一般情况下 *国家 自然科学基金(基金号60478014)，863计划 (批准号：2007AA12Z112) 哈尔滨工业大学优秀团队项 目资助的课题 十E—mail：ydzhang@hit．edu．ca ll期 田 赫等：光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输线性特性的数