波状PIN电光调制结构

PIN是电光调制器中常见的一种调制结构,该结构工作时产生的热光效应直接影响着电光调制器的性能。为了缓解这种热光效应对调制器的影响,从PIN调制原理出发,在绝缘体上硅薄膜(SOI)材料的基础上提出了一种波状PIN调制结构,并将该结构与普通PIN调制结构进行对比,定量分析了波状PIN结构对温度、折射率以及调制区载流子浓度的影响,通过仿真得出2V调制电压下,波状PIN结构的温度降低了11.6%,抑制热光效应使得折射率漂移减小了28%,调制区注入载流子浓度提高了26.7%。通过实验,分别制作了波状PIN结构和普通PIN结构的微环电光调制器,经过测试发现波状PIN结构具有更大的谐振峰蓝移值,该结构有效抑制了热光效应的影响,证明了该新型结构的优越性及理论分析的正确性。     

一种新型Si/SiGe/Si双异质结PIN电学调制结构的异质结能带分析

PIN结构是电光调制器中常见的一种电学调制结构, 该结构中载流子注入效率直接影响着电光调制器的性能. 在前期的研究中, 我们在SOI材料的基础上提出了一种新型Si/SiGe/Si双异质结PIN电学调制结构, 可以有效提高载流子注入效率, 降低调制功耗. 为了进一步研究这种新型调制器结构的调制机理, 本文从单异质结能带理论出发, 定量分析了该新型结构中双异质结的势垒高度变化, 给出了双异质结势垒高度的定量公式, 将新型结构与SiGe-OI和SOI两种PIN电学调制结构进行能带对比, 分析了该新型结构载流子注入增强的原因, 最后模拟了新型结构的能带分布, 以及能带和调制电压与注入载流子密度的关系, 并与SiGe-OI和SOI两种PIN电学调制结构进行对比发现, 1 V调制电压下, 新型结构的载流子密度达到了8× 10¹⁸cm^-3, 比SOI 结构的载流子密度高了800%, 比SiGe-OI结构的载流子密度高了340%, 进一步说明了该新型结构的优越性, 并且验证了理论分析的正确性.     

FEL诱导半导体材料非线性光吸收

应用北京自由电子激光(BFEL)对典型的红外光电子材料Hg_1-xCd_xTe ,InSb和InAs进行了非线性光吸收研究.利用FEL的高光子密度和皮秒量级的短脉冲宽度特性，研究了双光子吸收(TPA)以及光生载流子吸收(FCA)共同作用机理，从实验上直接证实了在强入射能量下，FCA是不可忽略的光吸收过程，提取了精确的自由载流子吸收截面参数. 关键词： FEL 双光子吸收 光生载流子吸收 吸收截面 载流子寿命     

多量子阱半导体激光器的交叉增益调制波长转换特性

实验利用光注入多量子陆半导体激光器产生的载流子消耗和带间载流子吸收产生的交叉增益调制效,实现波长转换，转换光的光强变化幅度与偏置电流有关。通过调节偏置电流的大小，能使转换光与注入信号光在同向和反向间进行切换。     

带间级联激光器电子注入区优化研究(特邀)EI北大核心CSCD

带间级联激光器有源区内部的物理机制复杂,尚未得到充分研究。优化了电子注入区结构,通过减小InAs/AlSb啁啾超晶格中InAs量子阱的厚度促进电子向光增益区的注入,在较低的电子注入区掺杂浓度下满足了光增益区电子数和空穴数基本相等的注入平衡条件,降低了有源区中自由载流子吸收和杂质散射造成的光损耗。采用该有源区结构的带间级联激光器实现了较好的室温激射性能,腔长4 mm、脊宽20μm且腔面未镀膜器件的阈值电流为200 mA,单腔面出光功率为55 mW。通过分析2~5 mm不同腔长器件的电压-电流-光功率性能,得到器件的波导损耗仅为3 cm^(-1),有源区载流子寿命为0.7 ns。     

光导型HgCdTe光电探测器对双波段组合激光辐照动态响应的数值模拟

采用数值方法,考虑波段内激光的本征载流子带间跃迁吸收和波段外激光的自由载流子带内跃迁吸收的光吸收机制,以及器件温升对载流子寿命、浓度、迁移率和光吸收系数等材料参数的影响,通过求解粒子数平衡方程和热传导方程的联立方程组,研究了PC型HgCdTe光电探测器在波段内和波段外双光束组合激光辐照下的动态响应过程.计算结果证实了探测器对波段内和波段外激光的电压响应方向相反;结果显示探测器对波段外激光的反向电压响应随波段外激光功率升高迅速增大,线性区间的波段内背景光辐照使波段外光响应迅速增大,随波段内激光使探测器趋于饱和,波段外光响应逐渐减小.     

高浓度气体共振光声光谱信号饱和特性研究

采用恒流驱动耦合机械斩波技术在激光光声光谱装置上系统测量了5%—100%宽浓度范围甲烷气体的共振光声信号,发现在高浓度区共振光声信号呈现异常的饱和特征.基于气体吸收和光声光谱原理定量分析了光声信号饱和的主要原因及影响因素,研究表明,气体样本对入射光强吸收而导致的声源与本征共振模式的耦合系数改变是异常饱和的主要原因,并导出判定光声信号饱和深度的准则以用于判定高浓度气体饱和深度。     

一种分析三维楔脊形光波导与光纤耦合的方法

和直波导的不同在于，三维楔脊形波导中的光场都是不稳定的.分别对波导-光纤耦合、光纤-波导耦合两种情况，将三维楔脊形波导等效为多段短的直波导，利用束传播法同时对三维楔脊形波导内不稳定的入射、反射场，及它们在传播方向上的偏导进行处理，再用自由空间辐射模法计算透射率和反射率.以SOI楔脊形波导和光纤的耦合为例，验证了该方法的可行性. 关键词： 自由空间辐射模法 束传播法 耦合 透射 楔脊形光波导 绝缘体上硅(SOI)     

抽运-探测反射技术研究本征CdTe的载流子动力学

采用抽运-探测反射技术,研究了室温下本征CdTe晶体的光致非平衡载流子布局与光子能量和抽运光强的关系.根据实验结果,发现随着抽运光光子能量的提高,快过程在载流子弛豫过程中所占的比例增大;随着抽运光功率的提高,反射率随之增大,快过程时间常数也随之增大.通过建立简单的本征半导体受激载流子弛豫过程模型,讨论了载流子散射、载流子-声子相互作用和载流子复合等的贡献.在抽运光光子能量为1.49 eV(比CdTe的禁带宽度约高20 meV)时,通过双指数函数拟合,得到了本征CdTe中载流子弛豫过程的快、慢时间常数,分别为2.8 ps和158.3 ps.     

带间级联激光器电子注入区优化研究(特邀)

带间级联激光器有源区内部的物理机制复杂,尚未得到充分研究.优化了电子注入区结构,通过减小InAs/AlSb啁啾超晶格中InAs量子阱的厚度促进电子向光增益区的注入,在较低的电子注入区掺杂浓度下满足了光增益区电子数和空穴数基本相等的注入平衡条件,降低了有源区中自由载流子吸收和杂质散射造成的光损耗.采用该有源区结构的带间级...     

Numerical model of the polymer electro-optic waveguide

A numerical design model is presented for the polymer waveguide in an electro-optic modulator. The effective index method is used to analyze the height of the core waveguide and rib waveguide, an improved Marcatili method is presented to design the rib waveguide width in order to keep the strong single mode operation and have a good match with the standard fiber. Also, the thickness of the upper cladding layer is discussed through calculating the effective index of the multilayer planar waveguide structure has been obtained by setting the optical loss due to the metallic absorption to an acceptable value (<0.1 dB/cm). As a consequence, we take the EO polymer waveguide structure of UV15:CLD/APC:UFC170 as an example, an optimized design is reported.     

锥形脊结构半导体光放大器的有限元分析

为提高半导体光放大器与单模光纤耦合效率，建立了半导体放大器的锥形脊结构模型。在该模型下利用有限元数值模拟方法分析，计算了波导区折射率、锥尖宽度、条形波导尺寸、渐变折射率波导层对锥形脊结构模式扩展的影响。通过完善锥形脊结构参量的设计，获得了锥形脊结构半导体光放大器与单模光纤95％的耦合效率。     

全电极脊形波导光传输特性

给出一种较为简便的全电极脊形波导的分析方法,即采用有效折射率方法把此金属包层脊形波导化成一个二维等效平板波导,然后利用微分法得到模的有效折射率满足的方程和吸收损耗系数的解析表达式.作为一个特例,用这种方法对SiO2全电极脊形波导光传输特性如光传播常数和损耗进行了计算, 并得到一些有益的结论.     

基于硅波导的喇曼光放大器

在硅波导上添加反向偏压的PIN结构,当波导产生受激喇曼散射时,可以将波导中双光子吸收(TPA)产生的光生自由载流子扫出波导,降低了波导的非线性损失,极大地提高了硅波导中泵浦光对信号光的喇曼增益。为了应用已经非常成熟的硅工艺,并且应用硅波导使器件小型化,根据法布里-帕罗(F-P)腔和行波放大器理论,在硅波导两端的解理面蒸镀增透膜,应用这种波导的喇曼效应设计了一种光放大器,即基于硅波导的喇曼光放大器。建立了计算放大器增益的方程,给出了不同波导长度和输入功率情况下的放大器增益,得出适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论。基于硅的光放大器有较高的饱和功率且没有泵浦源的限制,通过调整泵浦激光的波长可以放大不同波长的信号光。     

聚合物Y分支脊形波导的单模条件

有机聚合物光波导近年来成为研究的热点,它为实现下一代的光电集成回路提供了另外一种选择。它所具有的一系列优点如下:(1)与传统的材料相比,有机聚合物光波导容易在各种衬底上制作,其制作成本也得以降低,并且使得与有源器件如激光器、调制器、探测器的单片集成成为可能;(2)有机聚合物波导材料的折射率可以进行调整以满足耦合损耗和弯曲损耗的折中选择;(3)此外,有机聚合物的热光系数比SiO₂大一个数量级,而其导热系数却比SiO₂和Si小得多。有机聚合物Y分支是强度调制器和光开关等器件的重要组成。光波导器件在和单模光纤一起使用时要求其实现单模传输,这样可以减少耦合损耗。利用变分有效折射率法计算了聚合物Y分支脊形波导的光场分布。变分有效折射率法是变分法(VM)和有效折射率法(EIM)的结合,它结合了两种方法各自的优点,能够很精确地模拟光场分布情况。利用变分有效折射率法验证了满足单模传输的脊形波导结构参数:芯层厚度为1.5μm,脊高为0.2μm,脊宽为5μm。     

硅衬底上锗硅合金光波导的研制

报道锗硅合金在λ＝１．３μｍ的脊形单模光波导的设计，工艺及测量结果。这种光波导的传播损耗已达０．７ｄＢ／ｃｍ。脊形的高４－８μｍ，宽８－１２μｍ，均和单模光纤芯径相当，此外，其数值孔径在光波导的输入，输出端均能和单模光纤匹配，它已满足硅光集成对光波导的要求。文中最后报道了用这种锗硅合金光波导试制Ｙ分支器，并观察到二支分路输出的单模光斑。     

高功率、高效率808nm半导体激光器阵列

通过设计高效率808 nm非对称宽波导外延结构,减少P型波导层和包层的自由载流子光吸收,实现腔内光吸收损耗为0.63 cm~(-1).制备的808 nm半导体激光器阵列在室温25?C下,实现驱动电流135 A,工作电压1.76 V,连续输出功率大于150 W,斜率效率高达1.25 W/A,中心波长809.3 nm,器件最高电光转换效率为65.5%,这是目前国内报道的808 nm半导体激光器阵列的最高电光转换效率,达到国际同类器件最好水平.     

弯曲波导研究进展及其应用

本文主要分析了弯曲波导损耗机理,包括传输损耗、辐射损耗、模式转换损耗。重点综述了设计低损耗弯曲波导的方法,包括波导材料、弯曲波导的曲线形状、波导种类、脊型波导的宽度、脊高、弯曲半径、模场分布、弯曲波导曲线形状和其他新型波导结构等。简要概括了近年来设计和制备低损耗弯曲波导的代表性工作。介绍了弯曲波导在集成光学中的应用。通过对弯曲波导的损耗及耦合机制理论的不断完善,实现光在较小弯曲半径的低损耗传输,从而提高集成光学的集成度是弯曲波导今后的发展趋势。     

High speed all-silicon optical modulator

Electrorefractive effect is experimentally demonstrated in an all-silicon optical structure. A highly doped Si P⁺ layer is embedded in the intrinsic region of a PIN diode integrated in a SOI waveguide. Holes are confined at equilibrium around the P⁺ layer. By applying a reverse bias to the diode, electrical field sweeps the carriers out of the active region. Free carrier concentration variations are responsible for local refractive index variations leading to an effective index variation of the waveguide optical mode and to an optical absorption variation. As a figure of merit, the product V_πL_π, determined from the measured effective index variation, is equal to 3.1 V cm. Furthermore, the device performances have theoretically been investigated. Estimations show that V_πL_π as small as 1 V cm are feasible using optimized structures. Response times lower than 2 ps are predicted, which gives the possibility to achieve very high-speed modulation. Furthermore, a temperature increases from 300 to 400 K does not change the index variation amplitude, and despite the carrier mobility reduction, response times are still lower than 2 ps.     

Optical design of bent rib waveguide with MOS cross-section

We provided a single-mode bent MOS-cross-section rib waveguide design with 0.9 dB/cm bending loss at 25 μm bending radius. The peak position for the TE-like mode was tuned to the gate oxide around which the maximum amount of free carriers are accumulated to optimize the free carrier dispersion effect.