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。     

聚合物费米型截面阵列波导光栅的优化设计

利用微扰理论给出"等效矩形波导法",分析了费米型截面硅基聚合物阵列波导光栅的传输特性.模拟表明,波导的费米型截面将使阵列波导光栅的传输光谱产生漂移、并使串扰增大.为了消除光谱漂移、减小串扰、实现正常的解复用功能,对阵列波导光栅的结构参量进行了重新优化.结果表明,重新设计的费米型截面聚合物阵列波导光栅的光谱响应和串扰恢复到初始设计的聚合物矩形截面阵列波导光栅的水平.     

聚合物费米型截面阵列波导光栅的优化设计

利用微扰理论给出“等效矩形波导法”,分析了费米型截面硅基聚合物阵列波导光栅的传输特性.模拟表明,波导的费米型截面将使阵列波导光栅的传输光谱产生漂移、并使串扰增大.为了消除光谱漂移、减小串扰、实现正常的解复用功能,对阵列波导光栅的结构参量进行了重新优化.结果表明,重新设计的费米型截面聚合物阵列波导光栅的光谱响应和串扰恢复到初始设计的聚合物矩形截面阵列波导光栅的水平.     

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%.     

编码式光纤光栅传感阵列解调方案的论证

介绍了编码式光栅传感阵列的结构及其传感信号的特点。采用梳状结构对编码式光纤光栅传感阵列进行解调，利用被测光谱通过阵列波导光栅不同通道时输出的不同光强的比值确定被测光的波长。该文分别从理想状态和存在背景反射的状态论证了本文提出的方案的可行性，分析了噪声引起的误差。该系统不但适合于解调大容量的波长信息，而且在解调时不存在任何机械移动部分便可以快速、同时测量多个波长。     

基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器研究

设计和研究了基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器.该传感器利用阵列波导光栅的阵列波导区域对相位差敏感的特性,通过在阵列波导区域挖槽来测量通过沟槽的液体的折射率变化.由于阵列波导之间的相位差变化会导致输出波导的输入面的最大光强位置的变化,所以通过入射窄带光源并计算其中两个输出波导的功率比的变化,就可以得到实时的折射率变化.利用傅里叶光学和光波动理论的方法建立数学模型,经过综合考虑各种因素,设计了合理的参数,通过拟合得到折射率变化和光功率比的解析式.这种方法能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差,提高测量精度.     

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.     

49信道绝热低偏振相关全聚合物阵列波导光栅EI北大核心CSCD

研制了一种新型全聚合物49信道绝热低偏振相关阵列波导光栅(AWG)芯片。利用直接紫外光写入技术,实现了波导芯片的设计与制备。利用Matlab软件对AWG的传输特性进行了优化模拟,通过对聚合物衬底的热膨胀系数和聚合物波导的热光系数进行调控,得到了器件良好的绝热低偏振相关特性。测得AWG的中心波长为1550.918 nm,波长间隔为0.8 nm,插入损耗的信道变化范围是5.51 d B^10.62 d B,串扰大于20 d B,偏振漂移和温度变化分别是0.08 nm和0.03 nm/K。这种新技术十分适用于高性能多功能集成光路中,具有广阔的应用前景。     

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.     

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。     

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.     

减少聚合物阵列波导光栅损耗的蒸气回溶技术

阵列波导光栅(AWG)器件是波分复用(WDM)系统的一种关键器件,其中,聚合物阵列波导光栅由于其制备工艺、器件集成等方面的优势而受到人们的日益关注。侧壁散射损耗是聚合物阵列波导光栅损耗的一个主要因素,减少阵列波导光栅波导的侧壁损耗对制备低损耗阵列波导光栅具有重要意义。一种蒸气回溶技术被用来有效地减少硅基聚合物阵列波导光栅的散射损耗,该技术的机理是饱和溶剂分子融入并软化波导侧壁,增加其流动性,从而降低波导侧壁粗糙度。用扫描电镜方法验证了用该技术能获得更光滑的波导侧壁。对直波导和阵列波导光栅样品进行回溶处理,测试后得到直波导的侧壁散射损耗减少2.1 dB/cm,阵列波导光栅中心信道和周边信道的插入损耗分别减少5.5 dB和6.7 dB,串扰减少2.5 dB。     

阵列波导光栅梳状带通滤波器的传输效率

在光波导模场分布高斯近似条件下,根据星形光波导耦合器的耦合特性,推导出了基于累加运算和卷积运算近似表达的阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率的函数表达式。给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率曲线的半最大值全宽度和阵列波导光栅梳状带通滤波器的通道中心波长的光谱响应度与器件参数的关系。在输入信号光谱分布高斯近似条件下,给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道传输效率的计算表达式和输入信号光谱宽度对阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道输出特性的影响。给出了物理意义明确的函数表达式,它们可为快速分析阵列波导光栅梳状带通滤波器的特性提供理论基础。     

基于绝缘体上的硅材料的全内反射型阵列波导光栅器件的设计

设计了一种基于绝缘体上的硅材料的全内反射型阵列波导光栅解复用器年。将一全内反射波导镜引入原弯曲的波导列阵中，该波导镜具有偏振补偿的功能和缩小器件尺寸的特点。在器年数值模拟的基础上，制作了原理性器件，并获得了初步的实验结果。     

低插入损耗阵列波导光栅的设计

研究了阵列波导光栅的插入损耗.针对损耗来源,讨论了各项损耗的研究方法.分析了结构参量对损耗的影响,讨论了降低损耗的设计思路.对结构参量进行优化,设计了8通道200 GHz间隔的阵列波导光栅,中心通道插入损耗为1.37 dB,低于目前商用器件的1/2.对阵列波导光栅的设计具有一定的指导意义.     

A Silicon-Based Arrayed Waveguide Grating Operating in Two Communication Channels

Abstract

This article proposes a silicon-based arrayed waveguide grating operating in two wavelength bands simultaneously with central wavelengths of 1,550.12 nm and 1,310.12 nm. If input light to an arrayed waveguide grating consists of wavelengths around 1,550.12 nm, the proposed system will act as a four-channel demultiplexer with channel spacing of 0.8 nm. On the other hand, when input wavelengths are distributed around 1,310.12 nm, the same arrayed waveguide grating will divide the input to seven channels with channel spacing of 0.33 nm.