一种基于光学偏置的新型Math—Zehnder调制器结构设计

设计了一种基于光学偏置并以有机聚合物PMMA／DRI作为光波导材料的新型Mach-Zehdner调制器。利用有效折射率法（EIM）,分析了脊波导的有效折射率随脊波导结构参数变化情况,包括脊宽训、脊高b和芯层厚度d,以及上下包层厚度。采用微带线单电极调制方式结合脊波导的结构设计,实现了微波和光波的速率匹配。针对优化的结构参数,采用BPM方法进行光场和功率传输的模拟仿真,完成了非等臂Math—Zehnder调制器的结构设计,实现了两臂89．84。的初始相位差,消光比约为27dB。     

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。     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

有机聚合物非对称弯波导分析与优化

以缩短有机聚合物马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导长度为目的,针对正弦弯非对称脊形波导进行研究,利用全矢量有限差分光束传输分析方法,系统地分析了不同参数下正弦弯非对称脊形波导的传输损耗,并得出优化的结构参数:脊宽w=4μm、分支高度h=11μm、脊形波导弯外侧芯层平板宽度s=2 μm,弯波导长度L=300μm.研...     

行波电极硅-有机复合集成电光调制器理论分析与实验研究

对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究,构建调制器的波导电极结构模型,分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化,完成调制器芯片的设计与制备,研究电光聚合物材料的片上极化工艺,得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S(Scatter)参数进行测试,分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。     

应用HFSS和Designer对电光调制器的协同仿真

应用ANSYS公司的HFSS和Designer对一种内嵌共面波导电极结构的聚合物电光调制器进行了协同仿真,设计出了带宽为56 GHz的聚合物电光调制器.通过对光波有效折射率和微波有效折射率的优化,实现了速度匹配.同时利用协同仿真方法对电极进行了优化设计,实现了阻抗匹配并降低了微波损耗.结果表明应用协同仿真方法可以提高计...     

聚合物Mach-Zehnder脊形波导的优化设计

 利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布,计算结果表明,该方法计算量小,精度高,为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析,得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系,优化得到的结构参数为：Y分支角1.1°,脊宽5 μm,波导间距20 μm。     

电光聚合物波导中的锥形结构

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接.锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构.宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换.劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作.研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率.结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37 dB,光纤-波导-光纤的连接损耗优于1.62 dB,对插入损耗的改善达到8.78 dB,模场转换效率达到了83.7%.     

基于非对称脊波导的多种聚合物弯波导性能分析

以缩短马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导为目的,将有机聚合物非对称结构的脊波导应用于S弯波导中。采用半矢量有限差分光束传输分析法,系统地分析了不同参数下采用非对称脊波导的三种常见弯波导,即正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导的TM00光场传输损耗,并与采用对称脊波导的结构相比较。研究表明,在芯层厚度h=1.5μm、脊高为0.3μm、脊宽w=4μm、分支高度G=11μm的情况下,当脊波导短边芯层平板宽度s≥2μm时,在相同传输损耗条件下,正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导长度分别可减少40%、30%和25%,该结果对有机聚合物M-Z调制器中分支波导的设计具有一定的参考价值。     

InP基矩形马赫-曾德高速电光调制器行波电极设计与测试

提出了一种由新型沟槽耦合器和90°弯曲波导构成的InGaAsP/InP基矩形马赫-曾德电光调制器,对该调制器的L型波导相移臂设计了T型类微带行波电极.首先利用电极的等效电路估算带宽上限,进而在考虑阻抗匹配、回波损耗以及带宽等性能的基础上,使用有限元方法对电极的传输、输入/输出以及过渡区的结构参量进行优化.仿真结果表明由于受到电极输入及过渡区的性能限制,设计的整体行波电极匹配阻抗大于42Ω,回波损耗小于-15dB,带宽可达65GHz.测试制备的Ti/Au行波电极,得到回波损耗为-12dB和带宽为20GHz的最优性能.     

过模圆转弯波导的设计与实验

 研究了一种新型的过模圆转弯波导,可实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。介绍了这种过模圆转弯波导的基本原理：即沿转弯平面插入一块金属板,将圆波导转换为两个半圆波导。圆波导TM₀₁模在半圆波导中转换为半圆波导TE₁₁模,经转弯传输后,重新将半圆波导TE₀₁模转换为圆波导TM₀₁模,从而实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。基于这一原理设计了一个中心频率为2.856 GHz、转弯45°的过模圆转弯波导,并进行了数值模拟和实验研究。实验结果表明：其转弯半径为123.7 mm,转弯半径较小;在中心频点2.856 GHz处,传输损耗约为0.247 dB,驻波系数为1.217;在2.75～2.95 GHz的频率范围内传输损耗小于0.53 dB,驻波系数小于1.34。     

新型结构超宽带LiNbO3电光调制器的优化设计

采用有限元软件对新型结构的铌酸锂电光调制器进行了优化设计.分析表明,采用脊波导和T型电极相结合的方式,能在保持高的特征阻抗的同时有效的实现相速匹配和有效降低电极损耗,从而较好的提高器件性能,是一种比较有潜力的调制器.利用优化结果,给出一种带宽达153 GHz,半波电压为8.55 V,特征阻抗为44 Ω的调制器的设计例子.     

Simulation and optimization of a polymer 2×2 multimode interference-Mach Zehnder interferometer electro-optic switch with push-pull electrodes

Structural model and design technique are proposed for a polymer 2×2 multimode interference-Mach Zehnder interferometer electro-optic (MMI-MZI EO) switch with push-pull electrodes. The electric field distribution is analyzed by the conformal transforming method and image method. To get the minimum mode loss and half-wave voltage, the parameters of the waveguide and electrodes are optimized, such as the core width, core thickness, buffer layer thickness, size of the MMI couplers and the modulating region, electrode thickness, electrode width, and electrode gap. Switching characteristics are analyzed, including the output power, crosstalk, and wavelength shift. Simulation results show that the half-wave voltage is 0.74 V, the optical 3 dB bandwidth is 12.66 GHz, and the crosstalk is less than −30 dB for the designed device.     

波导-同轴线的脊型转换器设计与测试

射频测量系统中经常会用到波导-同轴线转换器，主要是利用其将射频器件的波导端口转换成能够直接接入测量仪器的50 Ω同轴线。本文设计的648 MHz/WR1500波导同轴转换器主要用于CSNS升级工程（CSNS-II）超导直线射频器件的测量。利用切比雪夫脊型阶梯阻抗变换和探针耦合的方式实现波导到同轴线的转换。对脊加载波导和不连续同轴线分别进行了分析，得到最优尺寸。为了提高测量精度，设计的波导-同轴线转换器具有低插入损耗、低驻波比和宽带宽等特性。最后对生产的转换器进行了测试，测试结果与仿真结果相近，能够满足作为测量器件的使用要求。     

具有调制功能的多模干涉型1×3分束器

提出了利用量子约束斯塔克(Stark)效应制作具有调制功能的多模干涉型1×3分束器的设计思想,并详细分析了这种光分束器的工作原理。根据理论计算结果,制作了具有调制功能的多模干涉型1×3分束器。分束器的脊型多模波导长度为275μm,宽度为10μm,波导层采用GaAs/AlGaAs多量子阱结构,厚度约为0.2μm;电极采用共面波导结构。首先用有限差分光束传播法模拟了器件的光波传播特性,然后进行了初步的实验验证。理论模拟和实验结果表明,波长为0.86μm的高斯光束对称入射到多模波导的中心,器件实现了3分束功能;施加3 V的直流偏压,器件的调制深度达90%以上、调制带宽为2 GHz,实现了电吸收调制功能。     

High-Speed Coplanar Waveguide Based Submount for 40 Gbit/s Electroabsorption Modulator

A high-speed submount has been designed and fabricated for 40 Gb/s electroabsorption (EA) modulators. The submount contains a coplanar waveguide (CPW) for microwave signal feeding and a Ta₂N thin-film resistor for impedance matching. The CPW transmission line is designed to ensure low microwave loss and reflection, and Ti/Cu/Ni/Au metal is adopted for electrode fabrication to guarantee good contact with the Ta₂N thin-film. The typical reflection coefficient of fabricated submount is estimated to be lower than−21 dB up to 40 GHz. As a demonstration, a high-speed EA modulator was chip-level packaged using the high-speed submount, and the measured small-signal modulation bandwidth was over 40 GHz.