三信道石墨烯电光调制和模分复用集成器件

提出了一种三信道石墨烯电光调制和模分复用集成器件,该器件由单层石墨烯覆盖的一维光子晶体纳米梁腔电光调制模块和纳米线波导模分复用模块组成。利用三维时域有限差分法进行仿真分析,结果表明,该器件可以同时实现TE₀模、TE₁模和TE₂模的调制和模分复用功能。当波长为1 570 nm时,消光比大于28.3 dB,插入损耗小于0.21 dB,信道串扰小于-28.6 dB,调制器的3 dB带宽达到100 GHz,器件尺寸约为100μm×13μm。该集成器件性能优良,在大容量光通信系统中具有重要的应用价值。     

聚合物定向耦合电光开关的模拟和优化

阐述了定向耦合电光开关的基本结构及工作原理,利用耦合模理论和电光调制理论,在1 550 nm波长下,对器件的结构参量进行了优化,并对其传输光谱、开关电压、插入损耗、串扰等特性进行了分析.模拟过程中,考虑了因金属电极和聚合物材料引起的模式损耗.器件的结构参量优化值为：波导芯截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.5 μm、电极厚度为0.15 μm,波导间的耦合间距为2.0 μm,相应的耦合长度为2 926 μm.模拟结果表明,本文所设计的器件在开关转换电压0和17.4 V下,在1 534到1 565 nm的波长范围内,器件的插入损耗小于0.16 dB,串扰小于－20 dB,耦合区在2 734~3 120 μm范围内,器件的插入损耗小于0.22 dB,串扰小于－20 dB.     

具有单一复合调制区的多模干涉效应耦合器 1×3光开关的分析

基于多模干涉自映像原理,分析了一种仅含一个复合调制区的1×3光开关。该开关处于不同工作状态时,调制臂上所加相位调制量之间存在倍数关系,于是可将调制臂上的相移器组合成一个复合调制区,通过连续改变复合调制区的折射率变化量,因此可以将来自任一输入端的光场轮流切换到任意输出端口。以Al0.07Ga0.93As/GaAs脊形波导结构为例,采用BEAMPROP软件,对该开关进行了优化和理论验证。消光比高达30.3 dB;相邻通道之间的串扰低于-29.8 dB;在1.31μm工作波长处约50 nm的波谱范围内,串扰低于-20 dB。该结构可简化传统多通道开关的调制方法,降低外加控制方法的复杂程度。     

具有单一复合调制区的多模干涉效应耦合器1×3光开关的分析

基于多模干涉自映像原理，分析了一种仅含一个复合调制区的1×3光开关。该开关处于不同工作状态时，调制臂上所加相位调制量之间存在倍数关系，于是可将调制臂上的相移器组合成一个复合调制区，通过连续改变复合调制区的折射率变化量，因此可以将来自任一输入端的光场轮流切换到任意输出端口。以Al0.07，Ga0.93As／GaAs脊形波导结构为例，采用BEAMPROP软件，对该开关进行了优化和理论验证。消光比高达30．3dB；相邻通道之间的串扰低于-29．8dB；在1．31μm工作波长处约50nin的波谱范围内，串扰低于-20dB。该结构可简化传统多通道开关的调制方法，降低外加控制方法的复杂程度。     

一种带有U形波导的交叉信道单微环电光开关

本文利用耦合模理论,电光调制理论和传输矩阵法,提出了一个带有U形波导的交叉信道单微环电光开关的器件模型,并在谐振波长为1561 nm的情况下对该器件进行了仿真计算.结果表明,该电光开关的开关电压约为400 V,串扰小于-30 dB,插入损耗小于4 dB,开关时间仅为5.4 ps,其中微环上的上升和下降时间仅为0.32 ps.此外,该电光开关由单刀双掷开关控制,通过在微环和U形波导上加载驱动电压可实现三种开关状态,不仅可以实现光信号在两条输出信道的选择,还可以使两条信道同时有光信号输出.     

低功耗聚合物Mach-Zehnder热光开关

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌,通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑,在通信波段1550nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为-15dB,驱动功率为16mW.引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,经测量开关上升时间为1.2ms,下降时间为0.8ms.     

低功耗聚合物Mach-Zehnder热光开关

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌,通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑,在通信波段1 550 nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为－15 dB,驱动功率为16 mW.引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,经测量开关上升时间为1.2 ms,下降时间为0.8 ms.     

聚合物微环谐振器电光开关阵列的优化与模拟

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型.该器件由N-1个微环和N条平行信道构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N条信道的开关功能.以7微环8信道结构为例,在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟.结果表明,微环波导芯的截面尺寸为1.7μm×1.7μm,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为8.1 V左右,插入损耗约为0.23～4.6 dB,串扰小于-20 dB.     

基于伴随法逆向设计的硅基分模器

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE₀和TE₁双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示：当输入TE₀模式时,中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB;当输入TE₁模式时,插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB;工作带宽覆盖150 nm时,TE₀和TE₁模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差,两种模式的插入损耗低于0.79 dB,串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统,为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。     

一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗－0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为－6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗－4.3 dB,开关时间为6.8 μs.     

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。     

1×N信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N+1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是:微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67～1.26 dB,串扰小于-20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

一种定向耦合器型高聚物光开关设计

本文提出了一种基于定向耦合器型的高分子聚合物波导光开关设计,其突出特点是极低的波长相关性和耦合区几何尺寸敏感度,可采用橡胶成型工艺(Rubber Molding Process)实现高聚物波导在硅基底上的快速转印成型.利用BPM方法进行了器件的波导结构设计及性能模拟,插入损耗为0.4-0.6 dB,串扰<-32 dB,偏振相关损耗约为0.08 dB,电光系数r33＝14 pm/V时,器件的开关电压为42 V.     

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.     

聚合物串联耦合双环电光开关的优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个聚合物串联耦合双环电光开关器件模型,在1.55 μm谐振波长下对该器件进行了模拟和优化.结果为：微环波导芯截面尺寸为1.6×1.6 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.6 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,微环与微环间的耦合间距为0.6 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.06 nm,开关电压约为6 V左右,插入损耗约为2.2 dB,串扰约为－20 dB.所设计的双环电光开关较单环型电光开关不仅输出光谱更加平坦陡峭,非谐振光更弱,而且开关电压更低.     

650 nm聚合物阵列波导光栅波分复用器设计

选择在可见光波段具有较低吸收损耗的聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯 共聚物作为波导包层材料,使用双酚A型环氧树脂作为折射率调节剂,根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸;然后,采用束传播法优化设计出16信道阵列波导光栅(AWG)器件的版图结构。利用Optiwave软件模拟了AWG器件的光传输特性,结果显示,器件的信道间隔为0.845 01 nm,插入损耗小于14 dB,串扰小于-25 dB。     

网格结构微环谐振电光开关阵列的特性分析

设计了由N+1条水平通道、N条竖直通道和2 N个微环构成的电光开关阵列器件,并对其传输特性进行了分析.通过在列微环上加载不同的工作电压,实现相应通道的开关功能.以5×4通道8微环结构为例,取波导芯的宽度与厚度均为1.5μm,波导芯与电极之间的限制层厚度为2.0μm,电极厚度为0.05μm,微环与通道之间的耦合距离为0.1μm.当开关电压为8V时,该器件的插入损耗在2.79～4.31dB范围内,串扰在-20dB以下,消光比在12.5dB以上.     

光纤偏振控制器

采用液晶延时器,光纤偏振控制器可把任意的输入偏振转变为期望的输出偏振。该器件的插入损耗小于1.2dB,偏振消光比大于23dB,波长范围为1.2μm～1.6μm,该器件可对光纤环形激光器及相干光通信的单模光纤实施实时偏振控制。     

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50％,插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB,串扰小于-30 dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87 dB,串扰减小了3.67 dB,1 dB带宽增加0.1 nm,增加了54.7％.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.     

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50%,插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB,串扰小于-30 dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87 dB,串扰减小了3.67 dB,1 dB带宽增加0.1 nm,增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.