16×0.8nmSi基SiO2阵列波导光栅设计、制备及测试

叙述了一个完整的16通道硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的设计、制备及测试过程。通道间隔为0.8nm(100GHz),解复用器的插入损耗为16.8dB,其中材料损耗为11.95dB,相邻通道串扰小于-17dB,通道插损非均匀性小于2.2dB。     

基于阵列波导光栅的快速波长检测方法

针对现有波长检测技术的不足,提出一种采用阵列波导光栅（AWG）进行波长快速检测的方法,该方法利用AWG对波长信号进行空间分离,将波长信号转化为光场强度信号,利用传统的光场强度检测手段实现波长检测。给出了分析这种检测方法光学特性的数学模型,应用此模型,分析了AWG性能参数对波长检测性能的影响。分析表明：待检测的波长信号可以通过AWG相邻通道的功率比的对数值进行线性表达;减小AWG通道波长间隔或其半波全宽（3dB带宽）可以提高波长检测灵敏度;此方法对AWG的通道不平坦度不敏感;通过对AWG进行±0．1℃的温度控制,此方法可以达到±0．005nm的波长检测精度。     

基于SU-8聚合物的越级衍射型单纤三向波分复用器

介绍了基于阵列波导光栅(AWG)的单纤三向波分复用器的设计、仿真、制作与测试。利用阵列波导光栅的频谱周期性,采用越级衍射方法可在无需改变AWG布局,无需额外元件的情况下覆盖三向波分复用器的整个工作波段(1310~1550nm)。器件的芯层采用较高折射率的SU-8聚合物,下包层是二氧化硅,并用空气作为覆盖层,制作流程简单,只需要紫外光刻,成本低。仿真结果显示三个工作通道3dB带宽都大于11nm,偏振波长漂移不超过0.65nm。器件测试结果验证了越级衍射设计的正确性,在TM偏振态下的第二和第三波长通道的额外损耗是3dB左右,第一波长通道的额外损耗是7dB左右,串扰在-15dB左右。整个器件大小仅1.3mm×0.402mm。     

基于粒子群算法的多通道光纤布拉格光栅滤波器优化设计

在多通道光纤布拉格光栅(FBG)滤波器的设计中,通道数目的增加会导致最大折射率调制深度的成倍增长,从而造成物理上的不可实现。为此,提出一种基于粒子群算法(PSO)与直接设计方法相结合的多通道FBG滤波器设计方法。该方法以最小化最大折射率调制深度为优化目标,在目标反射谱中引入一组群时延参数,为每个通道分配合适的群时延参数,建立群时延参数的优化模型。通过粒子群算法计算得到各通道群时延参数的优化分配值,提升折射率调制深度的均匀化分布程度,促使最大折射率调制深度降低到物理可实现的范围内。仿真实验结果表明设计的40通道数、106通道数的两种FBG滤波器的反射谱均匀性好,最大折射率调制深度均降到0.001以下。     

基于Y型分支与布拉格光栅结构的集成光芯片研究

采用Y型分支与深刻蚀布拉格波导光栅相集成的方案,制备了带有通道监控功能的1×8光分路器集成芯片。耦合封装后的集成光芯片同时实现了稳定的通道光信号传输与监控功能。集成光芯片8通道反射谱中心波长范围为1 597 nm～1 639 nm,间隔为6 nm,3 dB带宽最大为0.67 nm,通道反射率最低为88.24%。1 550 nm波长下测试8通道的平均插损为11.92 dB,输出均匀性为0.19 dB。本文设计并制备的集成光芯片结构简单、集成化高,可以应用于光纤到户建设及其他光网络传输中,实现网络链路状态的实时监控。     

单侧耦合16通道100GHz硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

介绍了一种新型单侧耦合16通道、100GHz通道间隔的硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)。通过增加一个Y分支波导结构,将AWG的输入、输出波导等间距整齐排列,仅用一个光纤阵列(FA)就可以对AWG器件进行耦合封装。这种AWG的结构设计可有效地减小器件尺寸和增加波导结构的弯曲半径,可减少器件的抛光和耦合时间,可降低器件的成本。     

一种通带平坦的粗波分复用/解复用器件的研制

随着粗波分复用(CWDM)系统在城域网和接入网中日益广泛的应用,人们对粗波分复用／解复用器的研究也逐渐展开。报道了一种8通道波长间隔为20nm的粗复用／解复用器。该器件基于阵列波导光栅(AWG)原理设计,利用平面光波导技术(PLC)制作,采用多模干涉输入结构和“S”形阵列波导结构,实现了较宽的通带宽度和较低的串扰。实验测得1dB带宽大于10nm,相邻串扰大于24dB,非相邻串扰大于32dB。介绍了其设计原理和制作过程,给出了光束传播法(BPM)数值模拟结果,并和实验结果进行了对比。     

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。     

降低AWG插入损耗和串扰设计新方法

在AWG器件的设计中引入了抛物线型的楔形波导结构,根据过渡区理论优化了引入的抛物线型楔形结构的形状和尺寸.采用抛物线型楔形结构代替直线型楔形结构,AWG的插入损耗降低了2 dB左右.在优化参数时使输出/输入波导间距与阵列波导间距取不同的值,并使输出/输入波导间距适当增大,而阵列波导间距取较小值,这样使得串扰降至－30 dB以下且插入损耗保持在低水平.运用光束传播方法给出器件的输出光谱并证实了理论上预想的结果.     

基于非均匀取样布拉格光纤光栅Interleaver的设计

对于光纤通信领域有限的带宽资源,波分复用与解复用器件Interleaver是未来密集型波分复用(DWDM)光纤通信网中的关键器件。为此结合非均匀取样光栅Interleaver的基本设计原理,运用耦合模理论和矩阵传输方法对非均匀取样光纤布拉格光栅的传输特性进行了数值模拟计算,并设计了信道间隔为0.8nm的设计实例,反射谱峰值均匀达到80％～95％,传输通道间隔稳定均匀,时延和色散均匀,时延抖动小于200ps。     

一种新型多模干涉分束器的设计模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉(MMI)分束器,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件,它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式.以1×4的对称型MMI分束器为例,在输入输出臂上各增加了倒锥形结构后,较传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.同时,改进后的器件具有优越的偏振相关性及容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.     

基于对数极坐标映射的非均匀透镜阵列设计

提出了一种基于非均匀透镜阵列的对数极坐标传感器,通过建立数学模型,证明其具有非均匀采样与对数极坐标映射特性.通过仿真实验以及实例设计验证了模型的有效性,同时分析了非均匀透镜阵列的关键参量(盲孔半径r0,增长系数q,填充因子ηf)对系统性能的影响,结果表明:1)盲孔半径r0在每环透镜数量N相同的情况下,随着环数M的增加而减小;在M相同的情况下,随着N的增加而增大;2)填充因子ηf随N的增加而增加,当N≥40,ηf趋于极限值π/4,选取N=40,得到较为合理的环间增长系数q=1.106.所获得的实验结果为实现对数极坐标映射的非均匀透镜阵列设计奠定了理论基础,有利于实现一种新型对数极坐标图像传感器.     

新型1×N多模干涉分束器的三维设计与模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉（Mult-Mode Interference,MMI）分束器设计,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件.它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式,器件尺寸减小,且不均匀性与附加损耗也减小.以1×4的对称型MMI分束器为例,当只对干涉区采用倒锥形结构后,在TE偏振中心波长为1.55 μm时,器件长度减小了500 μm,均匀性增加了0.131 dB,而附加损耗仅增加了0.02 dB,波长响应较传统设计增加了40 nm.在此基础上,又在输入输出臂上也各增加倒锥形结构后,相比于传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.改进后的器件具有优越的容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.     

损耗均匀且平顶的蚀刻衍射光栅波长路由器

提出了一种弧形齿面蚀刻衍射光栅波长路由器,通过合理设计齿面形状,可以同时提高器件的损耗均匀特性和频谱通带带宽。设计了基于InP平台,中心波长1550nm,通道间隔400GHz的4×4波长路由器。仿真结果显示,各通道之间的损耗差异可由8.1dB减小到0.8dB,频谱响应形状为平顶,1dB带宽由0.3nm增加到1.6nm,并可以通过调整设计参数,平衡器件的损耗均匀程度、带宽和整体损耗。实验结果显示,各通道间差异为3.1dB,1dB带宽约为1.1nm,器件串扰低于-12dB,验证了该方法的正确性。该方法无需增加器件尺寸或引入额外结构,可应用于任何材料平台的蚀刻衍射光栅器件。     

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...     

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。     

基于RCA阵列三维超快超声血流成像方法仿真研究

三维超快成像是超声技术发展的重要方向.基于二维全采样阵列的传统三维成像方法需要较多成像阵元和采样通道,其紧密的阵元排列设计也客观上限制了阵列孔径大小和成像分辨率.行列寻址(row-column addressing, RCA)探头以行列检索的方式将通道数自N×N减少为N+N,从而极大地降低了阵列的硬件实现成本.本文仿真了中心频率为6MHz的128行+128列的RCA阵列,结合多角度平面波正交复合成像方法,通过延时叠加(delay and sum, DAS)波束合成、基于特征值分解(singular value decomposition, SVD)的杂波滤除和自相关多普勒速度求解算法,实现了血流仿体的多普勒成像,并分析了不同复合角度序列对成像效果的影响.定量分析表明,当角度数从5个增至33个时,–6 dB分辨率从0.986 mm提升至0.493 mm;当复合角度为17个时,功率多普勒图像的SNR可达30 dB,彩色多普勒沿直径方向的速度分布和真实值的平均误差约为26.0%.以上结果表明,基于RCA阵列的三维成像技术能够获得三维B-mode、功率多普勒和彩色多普勒图像,增大复合平面波角度...     

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究

采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA(红外焦平面阵列)非均匀性校正系统。该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线。可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正。系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU(非均匀性)值大小。对像元数为120×160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结。经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU值是最小的。通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30%。     

紧凑低损耗粗波分解复用芯片

数据中心光互连正朝着高速方向发展。针对数据中心光互连过程,采用折射率差为1.5%的石英基二氧化硅光波导,设计并制备了光电集成的小型化、低损耗、小输出模场的四通道粗波分解复用芯片,该芯片满足高速数据中心200 Gbit·s~(-1)/400 Gbit·s~(-1)的传输速率要求,最小插入损耗小于1.07 dB,1 dB带宽大于13.7 nm, 3 dB带宽大于16.1 nm,偏振相关损耗小于0.08 dB,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于30 dB。所设计的芯片完全满足高速数据中心光互连的波分复用芯片商用要求。     

两点法设计平场型EDG波分复用器件

利用两点法(two stigmatic points method)对平场型蚀刻衍射光栅(EDG)波分复用器件进行了优化设计.与传统EDG相比,该方法以较小的性能损失为代价,极大简化了制作工艺.通过标量波动衍射理论对16通道的该型器件进行了数值模拟,结果表明:在用光探测器陈列接收的情况下,额外的功率损耗约为1dB,信道间的不均匀性小于0.3dB,串绕小于-30dB.