基于阵列波导光栅的边缘滤波温度解调系统

为克服传统阵列波导光栅解调系统体积大、价格昂贵等问题,提出了以窄带光源为输入光源,采用边缘滤波和阵列波导光栅相结合的解调方案,实现对增敏封装后的光纤光栅温度传感器进行温度解调实验。以窄带光源作为输入,通过边缘滤波的方法使得温度传感器反射谱的中心波长偏移程度与解调光路输出光强的变化相对应,利用阵列波导光栅的波分复用实现多传感器同时测量,实现了多传感器多通道的分布式测量,实验结果表明:解调系统的波长解调范围为1 545.30 nm～1 560.50 nm,对35 ℃～42 ℃的温度范围进行检测,波长解调精度为±5.34 pm,温度测量误差可达±0.1 ℃。     

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%.     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题, 微机以小于10 min的周期报告出每通道0.6 nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题,微机以小于10min的周期报告出每通道0.6nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于粗锥结构级联LPFG的双包层光纤多参量传感器

提出了一种基于模间干涉的测量温度、折射率和轴向应变的光纤传感器.在单模光纤与双包层光纤熔接点处形成粗锥,再与两个周期不同的长周期光纤光栅级联,由于模场失配,激发高阶模,形成三个谐振峰,且对不同参量有不同的灵敏度响应,通过解调三个谐振峰的波长漂移,利用系数灵敏度矩阵,可以测量温度、折射率和轴向应变.实验结果表明,温度在25℃～75℃范围内,灵敏度分别为60.07 pm/℃,6.47 pm/℃和103.83 pm/℃;折射率在1.335 5～1.359 5范围内,灵敏度分别为-56.64 nm/RIU,34.02 nm/RIU和-214.84 nm/RIU;轴向应变在200με～1 400με范围内,灵敏度分别为-2.14 pm/με,-3.61 pm/με和-2.59 pm/με,且分辨率分别为1.29℃、0.000 42 RIU和21.42με.该传感器具有灵敏度高、线性度良好等优点,可广泛应用于多参量测量领域。     

基于光子集成芯片的可穿戴光纤光栅解调研究

为了实现光纤光栅传感器在可穿戴系统中的应用,提出了一种基于硅基光子集成芯片的可穿戴光纤光栅传感解调系统。基于比利时iSiPP50G工艺的光子集成芯片由4×1长波长VCSEL阵列、1×8阵列波导光栅、2×2 MMI耦合器、4×1光纤光栅耦合器阵列、Ge-on-Si波导光电探测器、直波导和弯曲波导等组成。在完成对VCSEL光源金线键合和光子集成芯片光纤耦合封装的基础上,设计了手环式解调电路,对人体温度和心音信号进行了实时测量。实验结果表明:解调系统的动态波长检测范围为1 540 nm～1 560 nm,波长分辨率为0.08 pm,解调精度为5 pm,温度监测范围为35℃～42℃,误差为±0.1℃;可检测50 Hz～100 Hz频率范围内的心音信号,可识别出第一心音和第二心音,并计算出心动周期、心率、第一心音时限、第二心音时限和心力等特征参数。     

阵列波导光栅解调的准分布式光纤光栅传感器

从理论上和实验上研究了一种操作简单、响应速度快,价格低廉和高分辨率的基于阵列波导光栅(AWG)的准分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器.该传感系统采用了阵列波导光栅双通道强度解调技术对光纤光栅的布拉格波长和温度进行精确的解调.实验结果表明,该系统对宽带宽光纤光栅的布拉格波长和温度解调均具有高线性度,考虑系统稳定性及光纤布拉格光栅之间的串扰影响,波长测量精度仍可达2 pm,温度测量精度优于0.2℃.     

一种温度不敏感型阵列波导光栅的研究

研究了的一种新型温度不敏感型阵列波导光栅(AWG)。该新型温度不敏感型阵列波导光栅的波导采用混合材料的波导结构，该混合材料波导通过在石英波导芯层上旋涂聚合物材料的上包层，达到改变波导温度特性的目的，使得阵列波导光栅的温度敏感性降低。通过理论分析和有限差分方法研究了其中两种结构：三层混合材料波导构成的阵列波导光栅和四层混合材料波导构成的阵列波导光栅，计算了该新型温度不敏感型阵列波导光栅的温度特性。结果表明，在一定的设计下，温度变化0～50℃时，这两种温度不敏感型阵列波导光栅的最大波长漂移量小于0．03nm，不到无温度控制时常规阵列波导光栅最大波长漂移量的4％。     

InP阵列波导光栅的误差分析

在InP阵列波导光栅的制作过程中会引入不同的误差,从而影响器件的性能.为了最大限度地控制误差,提高半导体器件性能,本文采用传输函数法对InP基阵列波导光栅的系统误差和随机误差分别进行了分析.从系统误差的模拟结果中可以得到如下结论:深脊型波导的有效折射率n_c平均每偏移+0.000 1,中心波长偏移+0.05nm.相邻阵列波导长度差ΔL每偏移+0.01 μm,中心波长将偏移+0.44 nm.n_c和ΔL仅仅会影响到传输谱中心通道及其他各通道对应的波长,使得传输谱发生整体漂移,而信道间隔及串扰不会改变.罗兰圆半径R偏移不会影响器件的中心通道对应的波长,但会使其它通道对应的波长发生变化,最终使得信道间隔改变,R增加50 μm,信道间隔减小0.03 nm.从随机误差模拟结果中,得出:波导芯区折射率、上包层折射率、衬底折射率、波导宽度和波导芯层厚度的随机波动会对阵列波导光栅的串扰产生较大的影响.根据以上分析,可以通过控制不同参量来调节器件的中心波长以及信道间隔等来优化阵列波导光栅的光学性能.     

基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器的设计

设计了一种基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO_3的电光效应,波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化,从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响,以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短,耦合器长度越长,则耦合器的带宽越窄,耦合效率调谐范围也越大.此外,谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小,而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94μm、长度为3.52cm的耦合器进行仿真,结果表明,谐振波长灵敏度为26.2pm/V,3dB带宽可达4.5nm,当外加电压从0变化到200V时,谐振波长变化5.24nm,耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.     

低热应力热稳定曲线型阵列波导光栅复用器

相对方形阵列波导光栅波分复用器芯片而言,采用曲线切割的复用器芯片可以成倍地增加单个晶圆上的复用器产出率,但是曲线切割复用器的中心波长更加容易受到热应力的影响,该热应力是由于封装盒与耦合到复用器芯片上的带状光纤之间的线膨胀系数差异所引起的.本文实验分析了封装热应力对复用器中心波长的影响,结果表明,封装热应力与复用器中心波长之间的变化成线性关系.即使采用比较软的硅橡胶将复用器上的带状光纤固定到封装盒上,对于热稳定封装的曲线复用器而言,当环境温度在-20~65℃之间变化时,其中心波长也会有46 pm的变化.通过在热稳定复用器封装用的加热片上贴一片高硼硅玻璃,同时将带状光纤用硅橡胶固定到高硼硅玻璃上的方法,既保证了带状光纤相对封装盒固定,又减小了它们之间线膨胀系数不一致导致的热应力.实验结果表明,在-20到65 ℃温度范围内,这种复用器模块的中心波长高低温变化典型值小于5 pm,而且光纤所受的应力典型值小于0.029 MPa.     

Athermal silicon arrayed waveguide grating with polymer-filled slot structure

In this paper, an athermal silicon arrayed waveguide grating (AWG) with the assistance of a polymer-filled slot structure is proposed. Arrayed slot waveguides were used to replace arrayed silicon photonic wires (SPWs). By carefully controlling the temperature dependence of the effective index of the polymer-filled slot waveguides, the athermal silicon AWG is realized. Analysis shows that the center wavelength shift of the AWG can be down to 0.14 pm/°C.     

Attaching Planar Waveguide Dies to Aluminum Using Low-Stress Thermal Conductive Adhesives

We analyzed stress and heat transfer in attached planar waveguides. Die attaching adhesives were known to be the key to avoiding stress buildup in and dissipating heat from waveguides. When adhesives have a shear modulus of less than 1 MPa and a thermal conductivity of 2 w/mk, a 0.1-0.2-mm-thick layer of adhesive can eliminate stress-related effects and efficiently dissipate 30-50 mW/mm² of heat, even if aluminum is used as a substrate. Supersoft thermal conductive adhesives were thus developed and used to attach 60-mm-long AWG dies to aluminum with excellent results.     

低阈值极化电压玻璃光波导电光效应的研究(英文)

采用热极化技术对掺锗玻璃条形光波导进行极化,通过光纤连接(单模)的Mach ZehnderInterferometer系统测量条形波导内诱导出的电光效应,系统地研究了大气环境下极化条件(极化温度、极化时间、极化电压)对电光效应的影响.结果表明:在最佳极化条件下(406℃、-2.4kV、20min),波导内的电光系数为rTM=0.059±0.001pm/V,rTE=0.053±0.001pm/V,且波导结构中存在一个较低的阈值极化电压(100V)和阈值极化温度(80℃),此时在波导样品内仍能被激发出可观察的电光效应;实验还发现采用负极化诱导方式产生的电光系数较正极化提高15%左右.     

基于包层模谐振的三包层石英特种光纤温度传感特性研究

提出了一种基于包层模谐振的光纤温度传感器. 它是通过将三包层石英特种光纤(TCQSF)两端分别与普通单模光纤(SMF)电弧熔接构成的SMF-TCQSF-SMF结构. 根据耦合模理论, 首先将TCQSF等效为三个同轴波导, 按各波导模场的分布特点标量计算其传输模式的色散曲线, 并深入研究其耦合长度与传输谱线之间的关系; 其次根据光纤的热光效应及热膨胀效应, 分析计算该传感器的温度灵敏度; 最后选取耦合长度为一个拍长时的传感器进行温度传感实验. 实验结果表明, 在35-95 ℃的温度变化范围内, 其温度灵敏度为73.74 pm/℃, 与理论计算结果一致. 因此, 该传感器具有结构简单、制备容易、灵敏度高、包层模激发可控等优点, 可用于工业生产、生物医学等温度传感领域.     

低阈值极化电压玻璃光波导电光效应的研究

采用热极化技术对掺锗玻璃条形光波导进行极化,通过光纤连接 (单模) 的Mach Zehnder Interferometer 系统测量条形波导内诱导出的电光效应,系统地研究了大气环境下极化条件(极化温度、极化时间、极化电压)对电光效应的影响.结果表明:在最佳极化条件下(406℃、-2.4 kV、20 min),波导内的电光系数为r_TM=0.059±0.001 pm/V, r_TE=0.053±0.001 pm/V,且波导结构中存在一个较低的阈值极化电压(100 V)和阈值极化温度(80℃),此时在波导样品内仍能被激发出可观察的电光效应;实验还发现采用负极化诱导方式产生的电光系数较正极化提高15%左右.     

Parameter optimization and structural design of polymer arrayed waveguide grating multiplexer

First some important parameters are optimized for the structural design of a polymer arrayed waveguide grating (AWG) multiplexer around the central wavelength of 1.55 μm with the wavelength spacing of 1.6 nm. These parameters include the thickness and width of the guide core, mode effective refractive indices and group refractive index, diffraction order, pitch of adjacent waveguides, length difference of adjacent arrayed waveguides, focal length of slab waveguides, free spectral range (FSR), the number of input/output (I/O) channels, and that of arrayed waveguides. Then the bent angles, radii and lengths of all the input/output channels and arrayed waveguides are determined. Finally, a schematic waveguide layout of this device is presented, which contains 2 slabs, 11 input channels, 11 output channels, and 91 arrayed waveguides.     

Polarization Insensitive Ion-Exchanged Arrayed-Waveguide Grating Multiplexers in Glass

Wavelength multiplexers based on the arrayed-waveguide grating (AWG) principle are fabricated with ion-exchanged waveguides in glass for 1550 nm. The insertion loss is 6 and 4 dB with a cross talk of 15 and 20 dB for 8-channel 50 GHz and 4-channel 100 GHz devices, respectively. The AWGs are almost polarization insensitive because the refractive index profile of the waveguides is nearly concentric and the waveguides are diffused into stress-free glass substrates. The transverse electric transverse magnetic (TETM) shift of the wavelength response is only 0.02 nm (2.5GHz) for an 8-channel 50 GHz AWG. The temperature sensitivity is 1.4 GHz C.     

荧光光纤光栅传感特性的实验研究

在载氢掺铒光纤上写入Bragg光纤光栅，得到新型光子学器件-荧光光纤光栅.分别对其Bragg波长（λB）及荧光寿命（τ）的温度（T）及应变（ε）响应特性进行了实验研究，并且给出了λB和τ分别关于（T，ε）的拟合方程.实验结果表明：荧光光纤光栅的λB对T和ε的响应具备一般Bragg光纤光栅的优良特性，测得温度灵敏度为11.1pm /℃，应变灵敏度为1.19pm/με；而且τ对T和ε的响应也具有良好的线性关系，温度灵敏度为0.59 μs/℃，应变灵敏度为6.16 ns/με.实验结论为解决温度应力交叉敏感、实现温度应力的同时监测提供一条新颖的途径.     

X切H:LiNbO3光波导的工艺仿真研究

对于X切H:LiNbO₃光波导,在532 nm和1310 nm波长下,用棱镜耦合器进行了工艺仿真研究.对于在150℃,180℃和200℃用苯甲酸质子交换的光波导,分别求得交换厚度与交换时间的关系曲线,在此基础上给出质子交换的扩散系数与交换温度的关系曲线.对于在180℃质子交换并在350℃退火的光波导,给出以交换时间(交换厚度）为参变量的表面折射率增量、有效厚度与退火时间的关系曲线.研究结果可供低损耗α相单模波导的设计和制备做参考.