集成光学 集成光学、波导理论

TN252 2006032260光纤波导色散的比例性质研究=Scaling properties of thewaveguide dispersionin fibers[刊,中]/缪萍(北京交通大学理学院.北京(100044)) ,曾涛…∥光学技术.—2006 ,32(2) .—304-307基于麦克斯韦方程组的比例性质,讨论了光纤波导色散的比例性质,并对普通光纤、Bragg光纤和光子晶体光纤的波导色散进行了理论研究。以Bragg光纤为例,提出了一种根据波导色散的比例性质灵活设计光纤色散特性的方法。图5参12(严寒)TN252 2006032261硅基二氧化硅波导和SOI脊型波导应力双折射研究=A-nalysis of stress birefringence for si…     

光波导覆层热膨胀系数对应力双折射影响的分析

用有限元方法计算了硅基光波导器件的应力，得到由应力引起的双折射，从理论上分析了内应力对器件偏振特性的影响。得出结论：硅基与其它层材料热膨胀系数的不同，是引起芯区双折射的主要因素，通过掺杂、调整覆层的热膨胀系数，可以得到双折射系数较小的光波导。     

兼具低非线性和高功率限制的狭缝波导（英文）

利用非线性效应的全矢量模型和狭缝波导的有限元模场求解法,系统地研究了狭缝波导结构和包层材料对其非线性和功率限制特性的影响.研究结果表明,狭缝波导的硅臂宽度、狭缝宽度、硅层高度和包层材料均影响其非线性和功率限制特性.对于空气包层狭缝波导,不同结构参数下的最高功率限制因子对应的非线性系数均高于20 W^-1·m^-1,而最低非线性系数6.5 W^-1·m^-1均出现在模式截止附近,泄露损耗较大,功率限制较弱,故空气包层狭缝波导无法同时实现低非线性和高功率限制;如果在狭缝波导上包覆二氧化硅,则可以同时获得低非线性和高功率限制,非线性系数可低至4.12 W^-1·m^-1,同时功率限制因子可达42%.     

兼具低非线性和高功率限制的狭缝波导（英文）

利用非线性效应的全矢量模型和狭缝波导的有限元模场求解法,系统地研究了狭缝波导结构和包层材料对其非线性和功率限制特性的影响.研究结果表明,狭缝波导的硅臂宽度、狭缝宽度、硅层高度和包层材料均影响其非线性和功率限制特性.对于空气包层狭缝波导,不同结构参数下的最高功率限制因子对应的非线性系数均高于20 W~(-1)·m~(-1),而最低非线性系数6.5 W~(-1)·m~(-1)均出现在模式截止附近,泄露损耗较大,功率限制较弱,故空气包层狭缝波导无法同时实现低非线性和高功率限制;如果在狭缝波导上包覆二氧化硅,则可以同时获得低非线性和高功率限制,非线性系数可低至4.12 W~(-1)·m~(-1),同时功率限制因子可达42%.     

硅基二氧化硅光波导器件偏振特性的理论分析

从理论上分析了硅基二氧化硅光波导器件的芯区尺寸、相对折射率差、内应力和弯曲径对器件偏振特性的影响,得出结论：小折射率差的正方形波导的双折射系数小;内应力对双折射的影响比几何参数大;弯曲半径较小时,双折射系数较大,弯曲损耗也较大。     

有机/无机复合功能材料倒脊型波导热光开关

利用溶胶-凝胶技术自主合成了一种具有优良光学特性和高热稳定性的有机/无机复合芯层材料.这种功能材料的分子中含有有机柔性侧链,可形成环氧交联.与无机SiO2-TiO2体系相比,具有较高的热光系数（量级为10－4/K）,以及更好的成膜性和可加工性.通过与实验室自行配制的P(MMA-GMA)包层材料相匹配,设计制备了基于这种有机/无机复合功能材料的倒脊型波导马赫-曾德尔型热光开关.器件的波导与热电极性能良好.插入损耗为10 dB,驱动功率15 mW,开关时间小于1 ms,消光比15 dB.     

聚合物波导制备研究

研制出可行的聚合物光波导制备工艺，采用极化电光聚合物NAPA3做芯层和CL－1做包层制作出脊型结构聚合物光波导，波导通光情况良好。     

硅基二氧化硅阵列波导光栅制作工艺的研究

硅基二氧化硅阵列波导光栅是集成化波分复用光网络中的核心器件之一.对其制作工艺的研究对提高器件的性能具有重大意义.提出一种在波导上包层使用硼锗共掺高温退火的工艺方法,成功实现阵列波导间空隙的填充,并将阵列波导光栅的插入损耗成功降低约2 dB.相对于传统的硼磷硅玻璃工艺,此方法避免了剧毒气体磷烷的使用,工艺简便安全,同时降...     

有机/无机复合功能材料倒脊型波导热光开关

利用溶胶-凝胶技术自主合成了一种具有优良光学特性和高热稳定性的有机/无机复合芯层材料.这种功能材料的分子中含有有机柔性侧链,可形成环氧交联.与无机SiO2-TiO2体系相比,具有较高的热光系数(量级为10-4/K),以及更好的成膜性和可加工性.通过与实验室自行配制的P(MMA-GMA)包层材料相匹配,设计制备了基于这种有机/无机复合功能材料的倒脊型波导马赫-曾德尔型热光开关.器件的波导与热电极性能良好.插入损耗为10dB,驱动功率15mW,开关时间小于1ms,消光比15dB.     

低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤

设计了一种低损耗、宽频段、高双折射太赫兹光子带隙光纤,呈三角晶格排列的亚波长空气孔包层实现了带隙的局域作用.利用全矢量有限元法对光纤的双折射及损耗特性进行了理论分析.结果表明,在大约0.3 THz的宽频范围内,类矩形纤芯太赫兹光子带隙光纤的损耗小于0.009 cm^-1,相双折射在10^-3数量级,群双折射可达10^-2数量级. 关键词： 太赫兹 太赫兹波导 光子晶体光纤 双折射     

SOI大截面单模脊形X型分支波导的研制

报道了硅片直接键合（ＳＤＢ）ＳＯＩ大截面单模脊形互型分支波导的研制．对于波长为１．３μｍ的光，在θ＝２°小分支角时，这种分支波导的通道串音小于－２０ｄＢ，辐射损耗小于０．３ｄＢ．直通传输损耗小于０．８５ｄＢ／ｃｍ．     

Eliminating the birefringence in silicon-on-insulator ridge waveguides by use of cladding stress

We propose and demonstrate the use of the cladding stress-induced photoelastic effect to eliminate modal birefringence in silicon-on-insulator (SOI) ridge waveguides. Birefringence-free operation was achieved for waveguides with otherwise large birefringence by use of properly chosen thickness and stress of the upper cladding layer. With the stress levels typically found in cladding materials such as SiO2, the birefringence modification range can be as large as 10(-3). In arrayed waveguide grating demultiplexers that were fabricated in a SOI platform, we demonstrated the reduction of the birefringence from 1.2 x 10(-3) (without the upper cladding) to 4.5 x 10(-5) when a 0.8-microm oxide upper cladding with a stress of -320 MPa (compressive) was used. Because the index changes induced by the stress are orders of magnitude smaller than the waveguide core-cladding index contrast, the associated mode mismatch loss is negligible.     

Design and numerical analysis for low birefringence silica on silicon waveguides

A new fabrication technology for three-dimensionally buried silica on silicon optical waveguide based on deep etching and thermal oxidation is presented.Using this method,a silicon layer is left at the side of waveguide.The stress distribution and effective refractive index are calculated by using finite element method and finite different beam propagation method,respectively.The results indicate that the stress of silica on silicon optical waveguide fabricated by this method can be matched in parallel and vertical directions and stress birefringence can be effectively reduced due to the side-silicon layer.     

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。     

SOI梯形大截面单模脊形波导的研制

报道了硅片直接键合ＳＯＩ单模梯形大截面脊形波导的研制，对于小长为１．３μｍ的光这种脊形波导的传输损耗小于０．８５ｄＢ／ｃｍ。     

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。     

基于硅波导的喇曼光放大器

在硅波导上添加反向偏压的PIN结构,当波导产生受激喇曼散射时,可以将波导中双光子吸收(TPA)产生的光生自由载流子扫出波导,降低了波导的非线性损失,极大地提高了硅波导中泵浦光对信号光的喇曼增益。为了应用已经非常成熟的硅工艺,并且应用硅波导使器件小型化,根据法布里-帕罗(F-P)腔和行波放大器理论,在硅波导两端的解理面蒸镀增透膜,应用这种波导的喇曼效应设计了一种光放大器,即基于硅波导的喇曼光放大器。建立了计算放大器增益的方程,给出了不同波导长度和输入功率情况下的放大器增益,得出适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论。基于硅的光放大器有较高的饱和功率且没有泵浦源的限制,通过调整泵浦激光的波长可以放大不同波长的信号光。     

一种适用于任意折射率分布的等效折射率方法

提出了一种新的等效折射率方法,可以将光波导的两维折射率分布精确等效成一维折射率分布。从波动方程出发,通过严格的数学推导,得到了一维等效折射率分布的表达式。该等效折射率分布由二维光波导的模场分布和折射率分布决定。在此等效过程中,几乎无任何近似,因此具有比传统等效折射率方法(EIM)更高的精度,而且不受波导截止条件的限制,并适用于任意的折射率分布结构。以SOI(silicon-on-insulator)脊型光波导为例,给出新方法的一个具体等效实施过程,比较了新方法与传统等效折射率方法计算得到的等效模场分布及等效折射率,结果显示本文方法的有更高的计算精度。最后,文中给出了一个利用这种等效方法计算弯曲波导损耗的例子。新方法可以使对三维结构(截面为任意折射率分布)的模拟简化成二维模拟。