基于变量变换伽辽金法(VTGM),建立了半矢量分析光波导本征值问题的数理模型;获得了矩形光波导、脊形光波导的本征模的模场分布及归一化传播常数,计算结果和已发表的结果非常接近.半矢量VTGM采用平面映射边界条件,避免了边界截断,又能反映模场的偏振特性,是一种较为理想的光子器件分析方法.

在三维有限差分束传播法对脊形光波导的结构参数分析和优化的基础上,对单模光纤和脊形光波导连接耦合用模斑转换器进行了深入的研究,重点分析了影响模斑转换器性能的各种因素,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.仿真结果表明,三维锥形光波导模斑转换器大端宽度和厚度在11.5~13.5μm和4.5~6.5μm之间,且长度为200~500μm时插入损耗可低达2dB,比二维锥形光波导模斑转换器的插入损耗约减小2dB,其对横向偏移的容差也远远高于二维锥形光波导模斑转换器,合理的使用非线性边界的模斑转换器可以获得比线性边界的模斑转换器更小的插入损耗;过渡波导的宽度、芯层厚度应和三维锥形光波导模斑转换器的大端宽度和厚度一致,且其长度为150μm左右时损耗较小;另外,此类模斑转换器在减小耦合损耗的同时,还可以有效的进行光波模式的转换.