基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导EI北大核心CSCD

提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1520~1600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE_0、TE_1、TE_2、TE_(3)和TE_(4)时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 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。     

基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器

设计了一种基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器,该器件由波分解复用(WDM)和模分解复用(MDM)两部分组成。其中,波分解复用部分由两个一维光子晶体纳米梁腔构成,模分解复用部分采用硅基纳米线波导结构。利用三维时域有限差分法,计算分析了该混合解复用器的性能参数。结果表明,该器件可以在波长1570.0 nm和1573.2 nm处实现基模(TE_0)和一阶模(TE_1)四个信道的解复用功能,插入损耗小于0.37 dB,信道串扰小于-18.4 dB,自由光谱范围可以达到400 nm。该混合解复用器可以应用于模分-粗波分复用系统中。     

一种基于斜光栅辅助的非对称耦合器型光分插复用器

提出了一种基于斜光栅辅助的非对称耦合器型光分插复用器。运用复合波导的三维正交模式,对器件的三种可能的结构进行了理论分析,选出粗波导光栅型结构。利用耦合模理论,模拟了斜光栅的耦合特性并对其倾斜角进行优化设计。通过回波峰值设计法,将器件的工作波长放在波分复用信道之内,回波峰值波长放在波分复用信道之外,使得器件的性能大有提高。模拟结果表明器件的串扰可达到-30 dB,回波损耗可达到-25 dB。同时,器件的关键工艺容差较大,易于批量化生产。当斜光栅的倾斜角度在2.5°到4.5°之间时,器件的串扰低于-28 dB,回波损耗低于-22 dB。     

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。     

基于MZI结构的二氧化硅波导模式选择开关

设计并且制备了一种基于马赫-曾德尔干涉仪结构的二氧化硅波导模式选择开关。该器件由不对称定向耦合器及金属电极组成。通过金属电极产生的热场改变单模波导中的模式相位,实现了单模波导中E₀₀模式向多模波导中E₁₀模式的转换。器件采用标准CMOS工艺制备,在调制臂两侧引入空气槽,提高热场调制效率,降低开关功耗。实验结果表明,当输入E₀₀模式时,输出端的串扰小于-17.13 dB,消光比大于16.7 dB;当输入E₁₀模式时,输出端的串扰小于-19.84 dB,消光比大于22.5 dB。模式开关的上升时间和下降时间分别为0.7 ms和1 ms。该模式选择开关在模分复用系统中具有良好的应用前景。     

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。     

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.     

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.     

基于夹层结构的偏振无关1×2定向耦合型解复用器的设计

提出一种基于夹层结构的偏振无关1×2定向耦合型解复用器,用于分离1310 nm和1550 nm两个波长.通过合理选择夹层结构芯区的折射率及波导间隙,可以调节同一波长两个正交偏振模的耦合长度相等,实现偏振无关;通过合理选择夹层结构波导宽度,可以使两个波长分别从不同输出波导端口输出,实现解复用功能.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对结构参数进行优化,并对器件性能进行了分析.结果表明:该器件定向耦合波导的长度为23μm,插入损耗低至0.1 dB,输出波导间的串扰低至–26.23 dB,3 dB带宽可达290 nm和200 nm.另外,本文提出的器件采用Si3N4/SiO2平台,可有效减小波导尺寸,提高集成度,不仅实现了偏振无关,而且结构紧凑、损耗低,在未来的集成光路中具有潜在的应用价值.     

波导侧壁起伏对聚酰亚胺波导光学梳状滤波器串扰特性的影响及其改善方法

提出了一种结构模型来分析由工艺引起的波导侧壁起伏对于聚合物波导光学梳状滤波器的滤波特性的影响。含氟聚酰亚胺高分子聚合物制备多级马赫一曾德尔串联型光学梳状滤波器件的工作参量为中心波长1550nm,波长间隔为0．8nm,40通道的波长交错分离。模拟计算：表明,对由高分子聚合物材料制备的多级马赫-曾德尔串联型光学梳状滤波器件,其主要影响是增大了信道之间的串扰,中心波长1550nm处的信道串扰由理想情况下的-40dB降为-12dB,极大地影响了器件的性能。在此基础上,提出一种改善光学梳状滤波器串扰性能的新结构,该结构由多级马赫-曾德尔耦合器和微环共振滤波器串接构成,40个通道的串扰改善为-0dB以下。     

用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器

提出一种用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器，该器件为由一个光子晶体Aubry-André-Harper(AAH)谐振腔、一个光子晶体AAH反射腔以及两个光子晶体波导组成的三端口反射腔型光分插复用器。基于耦合模理论建立该结构模型，推导理论谱线并分析决定其传输性能的关键参数，根据理论结果指导基于三维时域有限差分法的仿真设计，得出器件的性能参数。仿真结果表明，该器件可以在1556.2 nm和1555.4 nm的工作波长下实现光波的上/下载功能。光子晶体AAH反射腔和锥形结构减小了光波在主波导上的泄漏和端口处的模式失配损耗，使得插入损耗与各端口串扰分别小于0.51 dB和-29.54 dB。所使用的AAH腔具有高Q值的特性，输出谱线的线宽仅为0.2 nm，尺寸仅为19.35μm×13.33μm。该器件结构紧凑且简单，支持双信道分插复用，易扩展信道，可应用于密集波分复用/解复用器件，在大规模集成的高容量光通信系统领域中具有重要的应用价值。     

一种有效提高薄膜滤光片型密集波分复用器器件性能的方法及其实验研究

对光梳状滤波器加薄膜滤光片型模块制作密集波分复用器(DWDM)的两种应用方案进行了研究,提出了一种提高插损一致性、信道隔离度及减小串扰的结构方案。对新结构方案与常规结构方案进行了理论分析及实验研究,结果表明新结构可将级联次级峰由大于-30dB降至-50dB以下。用16波50GHz的密集波分复用器件拼接进行的实验表明最终器件的插损减小0．869dB,插损一致性减小2．005dB,相邻信道隔离度提高1．004dB,非相邻信道隔离度提高42．903dB．总串扰提高1．68dB。该方案不仅可以应用到光梳状滤波器与薄膜滤光片型模块拼接高性能的超密集波分复用器件．同样也可适用于阵列波导光栅等类型的密集波分复用器件中以降低工艺难度,提高性能指标。     

波长选择性平行耦合微环谐振四端口光路由（英文）

利用四个平行耦合单环谐振器作为基本路由单元,数值模拟了一种可路由三种信道波长的四端口光路由器.为了实现单模传输、低传输损耗以及微环波导和信道波导的相位匹配,优化了基本路由单元的结构参量.给出了路由器的器件架构和设计方法,计算了链路光谱、插入损耗、串扰等路由特性.在选定的三个信道波长(1 550、1 551.6、1 553.2nm)下,器件沿不同路径的插入损耗范围为0.02~0.6dB,器件串扰的范围为-23.41~-37.71dB.与具有相同波导参量的基于交叉耦合双环谐振器的四端口光路由器相比,该四端口光路由器在串扰和波长选择性方面略显不足,但其使用的微环数量由8个降低为4个,插入损耗由1.62dB降低为0.02dB.     

基于硅基二氧化硅阵列波导光栅宽带低串扰单纤三向器

采用硅基二氧化硅阵列波导光栅设计并制作了宽带低串扰单纤三向器.为使三个波长间隔相差较大的输出谱获得相同的带宽,在输出波导与罗兰圆交界采用了不同结构的多模干涉器.二维有限差分束传播法的模拟结果表明,理论上1310nm、1490nm和1550nm波长的3dB带宽分别达到23nm、23.5nm和25nm,插入损耗均为4dB,1310nm波长的串扰小于-40dB,1490nm与1550nm波长间串扰小于-40dB;采用宽带光源测试结果表明,1550nm波长的3dB带宽为23nm,采用三个独立窄带光源测试结果表明,三个波长的插入损耗均为7dB,1310nm波长的串扰小于-40dB,1490nm与1550nm波长间的串扰小于-39dB,测试与模拟结果基本一致.     

基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构的偏振无关1×2多模干涉型解复用器的设计

提出一种基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构多模干涉波导的偏振无关1×2解复用器,用于分离1310和1550 nm两个波长.通过合理选择三明治结构中间层SiNx的折射率,可以调节同一波长两个正交偏振态的拍长相等,实现偏振无关;根据多模干涉原理,通过合理选择多模干涉波导的长度与宽度,可以使两个波长的输出像点分别成正像和反像,实现解复用功能.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对结构参数进行优化,并对器件关键结构参数的制作容差进行了分析.结果表明:该器件多模干涉波导的尺寸为4.6μm×227.7μm,插入损耗低至0.18dB,输出波导间的串扰低至–25.7dB, 3dB带宽可达60 nm.另外,本文提出的器件采用Si3N4/SiO2平台,可有效减小波导尺寸,提高集成度,不仅实现了偏振无关,而且结构紧凑、损耗低,在未来的集成光路中具有潜在的应用价值.     

微机械FP腔可调谐滤波器在WDM系统中的串扰分析

介绍了一种以FP谐振腔为基础,用于波分复用系统的MOEMS器件-电控可调谐FP光滤波器.器件采用微电子机械加工技术研制.研究了FP型解复用器在密集波分复用系统中引入的信道间串扰对系统的影响,并分别讨论了激光器线宽、滤波器带宽、信道间距对串扰的影响.在信道间隔为100GHz,激光器线宽为5GHz,串扰可达到-21dB左右.     

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.     

波长选择性平行耦合微环谐振四端口光路由

利用四个平行耦合单环谐振器作为基本路由单元,数值模拟了一种可路由三种信道波长的四端口光路由器.为了实现单模传输、低传输损耗以及微环波导和信道波导的相位匹配,优化了基本路由单元的结构参量.给出了路由器的器件架构和设计方法,计算了链路光谱、插入损耗、串扰等路由特性.在选定的三个信道波长(1550、1551.6、1553.2 nm)下,器件沿不同路径的插入损耗范围为0.02～0.6 dB,器件串扰的范围为-23.41～-37.71 dB.与具有相同波导参量的基于交叉耦合双环谐振器的四端口光路由器相比,该四端口光路由器在串扰和波长选择性方面略显不足,但其使用的微环数量由8个降低为4个,插入损耗由1.62 dB降低为0.02 dB.