光信号在光纤中传输时,其偏振状态发生随机变化,因此偏振不敏感成为光纤通信系统的光器件的重要要求。对于基于干涉型的光波导器件,由于波导中TE、TM模的传输常数不同,引起同一波长的TE模和TM模的光在器件输出端性能不一样,产生中心波长漂移等问题,此即所谓偏振敏感性,光波导的双折射分析是研究波导器件偏振敏感性问题的基础。光波导的双折射包括波导几何结构引起的结构双折射和工艺制作过程中残留热应力引起的应力双折射,对结构双折射的研究比较容易,采用现有成熟的波导数值模拟方法,如有限差分方法FD,有限元方法FEM,光束传输方法BPM等即可研究不同结构下波导双折射变化情况,对于硅基二氧化硅光波导,SOI光波导等应用广泛的光波导,其结构双折射早已被人们深入研究透彻;然而对于这些光波导中的应力双折射的研究却很少,本文对光波导中的应力双折射作了详尽的理论模拟分析。 残留热应力一般会引起光波导的各向异性和非均匀性,本文推导了各向异性介质中的半矢量波动方程,详细推导了采用非均匀有限差分方法求解半矢量波动方程的差分格式和步骤。对于采用有限元方法来求解波导本征值问题也作了简单介绍。 本文对于三类光波导中的应力双折射作了深入而细致的研究工作,这三类光波导包括硅基二氧化硅光波导,SOI光波导,以及最近兴起的纳米尺寸硅波导。应力双折射的研究困难之处首先在于应力计算模型的建立,最初研究人员采用了普通平面应变模型,认为沿波导方向的应变为0,这种模型与实际情况有些差距;最近提出的标准平面应变模型改进了这一缺陷,使得计算结果更接近实际情况。本文对这两种模型都有论述,同时比较了两种模型的计算结果,分析了采用普通平面应变模型对计算结果带来的影响,结果表明两种模型对于双折射的计算是相近的,但是普通平面应变模型在计算不同方向的折射率变化是有偏差的。本文还首次在光波导应力计算模型中引入了子模型方法来减小计算量,这种方法能够使感兴趣区域的计算结果更为精确,并能在保证精度的情况下缩短计算时间。采用有限元方法计算的应力双折射与近似解析解计算结果是相近的,这也证实了近似