小尺寸低折射率差硅基二氧化硅阵列波导光栅

随着AWG型器件在光通信系统中的大规模应用,对低成本AWG芯片的需求越来越多。在各种降成本方案中,减小AWG芯片的尺寸是最有效的方法之一。本文介绍了一种新型小尺寸低折射率差硅基二氧化硅阵列波导光栅（AWG）的设计。在该AWG中,输入波导/输出波导与平板波导连接的部分制作成两侧为空气槽的高折射率差波导,所以在与输出平板波导连接处的相邻输出波导间距较小,这样可以在设计上缩短平板波导的长度、减少阵列波导的数量,实现较小的AWG芯片尺寸。该AWG的其它部分,如输入/输出波导与光纤耦合的部分、阵列波导光栅等均采用常规的低折射率波导工艺,所以就同时具有与常规的低折射率波导AWG相同的优点：如低耦合损耗、较好的串扰以及光学特性等。根据这个原理,设计了一种40通道100 GHz频率间隔的低折射率差硅基二氧化硅AWG,其芯片尺寸只有23.88 mm?10.5 mm,是传统相同材料制作的AWG尺寸的1/6。     

硅基光波导化学传感器研究

研究了基于硅基集成光波导的马赫-曾德干涉仪(MZI)型化学传感芯片的设计、制备及相关敏感特性的模拟和分析.传感芯片采用硅基二氧化硅光波导材料,利用与传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)兼容的工艺技术制作.通过波导的单模设计以及对MZI结构的优化,获得了有效折射率分辨率达到10-7量级的高灵敏度传感芯片.作为化学传感器,把MZI的其中一臂设计成传感臂.并进行适当的表面修饰,可制作出高灵敏度的干涉型光波导化学传感器.最后,对该传感器的折射率分辨率、敏感特性等进行了分析、模拟,同时,对面临的关键问题进行了分析和讨论.     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130~150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关（英文）

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130～150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

新型电光扫描器中光波导阵列特性研究

利用有限差分光束传输法(FD-BPM)详细研究了光波导阵列电光扫描器的核心部件—光波导阵列的传输特性和辐射特性,分析了光波导阵列结构参量对其传输特性和辐射特性的影响.研究结果表明,光波导芯层厚度、光波导阵列的周期、长度和层数对光波导阵列输出面上的光场振幅、相位分布及光波导阵列输出光束主瓣的半峰值全宽度(FWHM)影响很大.通过与其它理论研究的结果进行比较指出,FD-BPM可以很方便地、更全面地描述光波导阵列的传输和辐射特性.另外,在研究光波导阵列光束扫描的基础上,根据光波导阵列电光扫描器的扫描探测要求,提出了光波导阵列结构优化设计的原则.     

新型SOI基3×3多模干涉波导光开关的优化设计

提出了一种基于SOI材料的新型3×3多模干涉(MMI)波导光开关,在开关的多模波导中引入折射率调制区,利用硅的等离子色散效应改变多模波导局部区域的折射率,使得光场在传输过程中的相位发生变化,进而确定输出光场位置,实现开关功能。采用有限差分光束传播法(FD-BPM)方法对开关的各个状态进行了模拟和分析,并对器件的结构参量进行了优化设计,采用优化后的结构参量,开关可实现的最大消光比达到-17.27 dB。     

小尺寸低折射率差硅基二氧化硅阵列波导光栅

随着阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)型器件在光通信系统中的大规模应用,对低成本AWG芯片的需求越来越多.在各种降成本方案中,减小AWG芯片的尺寸是最有效的方法之一.本文介绍了一种新型小尺寸低折射率差硅基二氧化硅AWG的设计.在该AWG中,输入波导/输出波导与平板波导连接的部分制...     

大气湍流对多抖动法相干合成技术中相位调制信号的影响

分析了大气湍流对采用多抖动法实现的相干合成阵列光束中相位调制信号的影响. 文章首先根据广义惠更斯-菲涅耳原理,采用折射率结构函数对大气湍流进行描述,推导了多抖动法相干合成中阵列光束通过大气湍流后相位调制信号的一般表达式. 在此基础上进行数值模拟,分析了传输距离、湍流强度、光束阵列占空比和光斑尺寸等因素对相位调制信号的影响. 研究发现随着传输距离的增大,相位调制信号强度会先增大后减小,存在一个极大值点;随着湍流强度的增强,相位调制信号强度极大值点的出现距离不断缩短;当光束阵列占空比一定时,随着光斑尺寸的增大 关键词： 大气湍流 相干合成 多抖动法 相位调制     

阵列波导光栅解调系统光电集成中Si纳米线AWG的设计

设计了一种阵列波导光栅解调集成系统中的8通道Si纳米线阵列波导光栅波分复用器。根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸,利用光束传播法对所设计阵列波导光栅进行了模拟。结果表明,器件尺寸为200μm×219μm,远小于目前技术较成熟的硅基SiO2的尺寸,光功率分布符合高斯分布,信道间隔为1.8nm,串扰小于-21dB。对小尺寸AWG的设计具有参考意义。     

聚合物/二氧化硅混合型无热化阵列波导光栅参量的优化

研究一种新型无热化聚合物/二氧化硅混合波导组成的硅基二氧化硅阵列波导光栅.阵列波导光栅对温度的依赖性受波导物质的折射率和波导芯的尺寸影响.通过调节这些参量就可以减小温度对阵列波导光栅的影响.优化得到混合型阵列波导光栅在温度20~70℃范围内波谱漂移小于常规型 AWG结构的5%.     

阵列波导光栅中心波长温度稳定性的研究

阵列波导光栅中心波长的温度不稳定性成为限制其应用的主要原因。为了设计温度不敏感阵列波导光栅,结合弹性多层板热应力理论和应力集中效应给出掩埋波导芯层应力的解析解,利用等效折射率法计算阵列波导的有效折射率及其温度系数,考虑波导材料折射率和波导长度随温度的变化得到了硅基二氧化硅阵列波导光栅中心波长的温度系数。并研究了贴有应力板的阵列波导光栅中心波长的温度特性,结果表明在芯片底部贴有0.37 mm厚的铝板时,TE模和TM模中心波长的温度系数分别是5.9 pm/℃和8.0 pm/℃,下降到传统阵列波导光栅中心波长温度系数的一半。     

用光辐照法在SBN:Cr晶体中写入动态阵列平面光波导

利用扩展的准直He-Ne激光束通过菲涅耳双棱镜所形成的干涉光场辐照SBN:Cr晶体， 同时沿晶体光轴方向施加适当的直流电场，可在晶体中形成类似于体相位光栅结构的阵列平 面光波导. 采用马赫-曾德干涉仪光路实时测量了所写入阵列平面光波导的横向折射率分布 ，其峰值接近10-4. 初步的导光测试结果表明，利用周期结构光辐照并辅以适当的外加电场在SBN:Cr晶体中写入阵列平面光波导是可行的. 并且由于SBN:Cr晶体的快速响应特性，所写入的光波导是动态的，可随着写入光的撤除而快速消失，或通过改变双光束夹角 关键词： SBN:Cr晶体 结构光辐照 阵列平面光波导 折射率分布 外电场     

基于多模干涉耦合器的阵列波导光栅设计研究

研究了基于多模干涉(MMI)耦合器的阵列波导光栅(AWG).通过模式传输分析方法,分析了多模干涉耦合器及阵列波导;并给出在硅基底上的二氧化硅波导上四通道100 GHz-AWG普通结构和紧凑结构的设计结果.     

LiNbO3∶Fe晶体中光写入阵列平面光波导的实验实现

采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO3∶ Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.     

LiNbO3:Fe晶体中光写入阵列平面光波导的实验实现

采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO₃: Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.     

空间相位调制对强非局域空间光孤子的影响

利用空间相位调制技术和数值分析的方法，讨论了高斯光束在强非局域非线性平板波导中的传输问题，发现只要介质的响应具有对称性,光束就会有相同的演化规律，可控的空间相位调制参数不仅能让光束自偏转还能实现分束，其全新特性在全光开关及分光器上有潜在的应用价值. 关键词： 强非局域空间光孤子 空间相位调制 光偏转 光开关     

一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关集成器件的设计

设计了一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关的集成器件.利用Rsoft软件设计并模拟了多模干涉热光开关的性能,可实现输出光场强度随电极加热温度变化.设计了螺旋结构的延迟线阵列,利用BPM软件对螺旋结构波导进行数值模拟,综合考虑器件尺寸和损耗参量设计出螺旋结构的弯曲半径.将延迟线阵列结构与热光开关进行集成,能够实现热光控制的聚合物延迟线阵列,该器件可实现的最大延迟时间为399.4ps,延迟间隔为9.2ps.以SiO2为下包层,SU-8紫外固化光刻胶为波导芯层,聚甲基丙烯酸甲脂为上包层,采用旋涂、光刻、湿法腐蚀等工艺制备了1×4延迟线阵列与MMI热光开关的集成器件,测试得到了延迟线阵列的近红外输出光斑,插入损耗为15~19dB.     

独立空间孤子对研究新进展

本刊讯 空间光孤子产生的非线性机制有多种，归纳起来大致可分为两类：一类是自相位调制自聚焦机制，这种情况下一束光入射到非线性介质中，材料的折射率会发生变化，在材料中形成类似透镜的效应，即光束中心处折射率比光束边缘处的折射率大，这种折射率分布就在材料中形成折射率梯度变化的波导，当引起该波导的光束正好也是该波导的一种传导模式时，光束就可以在材料中稳定传输形成哈密顿孤子；     

O波段8通道硅基二氧化硅平坦化阵列波导光栅的设计及制备

设计并制作了一款应用于IEEE 200/400GbE标准802.3bs的阵列波导光栅.该阵列波导光栅使用2.0%的超高折射率差硅基二氧化硅材料,使得芯片尺寸及损耗较小.为了获得平坦化的接收光谱,将输出波导进行展宽,采用多模波导结构,激发若干个高阶模,数个模式叠加使得原本高斯状的光谱顶部产生平坦化,形成箱形接收光谱.设计的阵列波导光栅的中心波长为1 291.10nm,通道间隔为800GHz,芯片尺寸为11mm×4mm.经过等离子增强化学气相沉积和感应耦合等离子刻蚀工艺制备了芯片,测试结果表明最小的插入损耗为-3.3dB,相邻通道间串扰小于-20dB,单通道1dB带宽在2.12~3.06nm范围,实现了良好的解复用和平坦化效果,在实际光通信系统中有一定的实用价值.     

4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列的设计与制备

设计并制备了一种高集成度、低成本、低损耗4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列。利用BPM软件对交叉结构光波导延迟线的Y分支的损耗、弯曲损耗进行数值模拟。综合考虑器件尺寸和损耗参数,设计交叉型延迟线结构的弯曲半径最小为1 500 μm,引入优化的锥口Y分支结构和垂直相交波导结构。采用标准半导体制作工艺制备器件,测试得到了器件的红外输出光斑,延迟线延迟时间分别为0、113、226和339 ps。4通道二氧化硅延迟线阵列能实现相邻通道相等的延迟时间间隔,且可通过集成实现延迟时间的增加,同时输出端可以与光纤阵列集成。