聚合物定向耦合电光开关的高频响应特性分析

应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换法和镜像法,给出了分析聚合物定向耦合电光歼关高频响应特性的功率传输矩阵新方法,导出了输出功率、上升时间、下降时间、开关时间及截止开关频率的表达式.为了获得较低的传输损耗、较好的阻抗匹配、较小的开关电压以及较高的截止频率,优化设计了器件的波导结构和电极结构.模拟结果表明,所设计器件的开关电压为1.457 V,耦合长度为4.374 mm,开关时间为32.8 ps,截止开关频率为114.7 GHz.与点匹配法的计算结果和实验结果的对比表明,该理论分析方法具有较高的精度.     

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.     

反相电极聚合物定向耦合电光开关的优化设计

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响,应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法,优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明,该器件具有良好的开关性能:在1 550 nm的工作波长下,器件耦合区的长度为4 753.5 μm,交叉态电压为1.22 V,直通态电压为2.65 V,插入损耗小于2.21 dB,串扰小于-30 dB.通过微调状态电压,可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.     

聚合物串联耦合双环电光开关的优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个聚合物串联耦合双环电光开关器件模型,在1.55 μm谐振波长下对该器件进行了模拟和优化.结果为：微环波导芯截面尺寸为1.6×1.6 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.6 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,微环与微环间的耦合间距为0.6 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.06 nm,开关电压约为6 V左右,插入损耗约为2.2 dB,串扰约为－20 dB.所设计的双环电光开关较单环型电光开关不仅输出光谱更加平坦陡峭,非谐振光更弱,而且开关电压更低.     

聚合物微环谐振器电光开关阵列的优化与模拟

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型.该器件由N-1个微环和N条平行信道构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N条信道的开关功能.以7微环8信道结构为例,在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟.结果表明,微环波导芯的截面尺寸为1.7μm×1.7μm,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为8.1 V左右,插入损耗约为0.23～4.6 dB,串扰小于-20 dB.     

光纤直接耦合微加工型1×2光开关

设计研制了一种新型小体积,低成本的1×2光纤直接耦合微加工型光开关.该器件使用电磁微线圈驱动一封装在微加工柔性框架上的活动光纤,使其对准另两根固定光纤,实现光路转换.驱动电压为5 V,开关时间小于2 ms,插入损耗达到0.9~1.1 dB.器件构造工艺采用了CNC雕刻技术和EDM技术.本文剖析了器件损耗,用有限元软件ANSYS分析了器件的磁场和弹簧受力而优化结构设计,并报告了器件性能测试.     

MQW-LDA泵浦Nd:YLF激光器调Q的动力学过程及双机制作用

本文报道了国产多量子阱半导体激光列阵(MQW-LDA)泵浦Nd:YLF调Q脉冲脉宽.峰值功率与输出耦合率、泵浦速率、调制深度及延迟时间之间关系的实验,得到稳定的(起伏<1%)调Q脉冲输出,脉冲能量为0.8μJ,FWHM为70ns,脉冲重复率为100Hz,光-光效率2.5%;利用增益开关和Q开关双机制作用,压窄了调Q脉宽,提高了输出功率.用速率方程理论对过程计算,与实验结果较符合.     

光电耦合器件1/f噪声和g-r噪声的机理研究

对光电耦合器件1/f噪声和g-r噪声(产生－复合噪声) 的偏置特性及其产生机理进行了实验和理论研究.结果表明：在低频段,光电耦合器件的g-r噪声通常表现为叠加1/f噪声,且两者均随输入电流的增加呈现先增大后减小的规律.通过测量前级噪声和后级噪声,发现光电耦合器件的g-r噪声源为后级光敏三极管.理论分析表明：光电耦合器件的1/f噪声主要为表面1/f噪声,g-r噪声则源于光敏三极管发射结空间电荷区的深能级对载流子的俘获和发射.     

1×N信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N+1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是:微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67～1.26 dB,串扰小于-20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

聚合物微环电光开关的模拟和优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个完善合理的聚合物微环电光开关的器件模型,并给出了可用以分析微环谐振过程的光强传递函数,据此在谐振波长1 550 nm下对该器件进行了模拟和优化.结果表明：微环波导芯截面尺寸为1.8×1.8 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.1 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.16 μm,光绕微环转300 圈即可形成稳定的谐振状态,此时的谐振时间约为147.4 ps.不加电压时,下信道的插入损耗约为0.8 dB,上信道的串扰约为－26 dB;当取工作电压等于19.7 V为开关电压时,上信道的插入损耗约为0.34 dB,下信道的串扰约为－20 dB.     

光锥导光装置耦合效率分析与测试

介绍了光锥导光装置的优势,分析了影响光锥导光装置耦合效率的主要因素,得出了影响光锥导光装置耦合效率的理论模型误差曲线。以光锥端面反射损耗及光纤辐射损耗为主要误差源,测试了光锥导光装置的耦合效率及误差对耦合效率的影响;采用分光比标定的方法测量导光装置的耦合效率,消除了由于激光器输出能量变化给试验中脉冲能量测量环节带来的影响;根据试验测量数据,拟合出误差对耦合效率的影响曲线,通过与理论误差曲线进行对比,验证了理论模型的正确性,同时测得该耦合装置的耦合效率为70．26％。在激光束的入射角度误差〈5°,且在光纤耐受弯折允许范围内甩动光纤的情况下,总误差对耦合效率的影响〈10％,满足实际工程误差的允许范围。该耦合装置已经应用到实际工程中。     

An optical directional coupling device with variable coupling

The well known phenomenon of frustrated total internal reflection can be used to design an optical directional coupling device with a continuously variable coupling coefficient. Such a coupler has been designed using two crown glass prisms separated by a narrow gap filled with air or an appropriate liquid. Good agreement of the measured and theoretical coupling coefficients has been observed.     

Analysis and comparison of n-AlxGa1−xAs/GaAs QWIPs with different device structures and optical coupling

This paper discusses optical coupling for n-GaAs/AlGaAs multiple quantum well infrared photodetectors (MQWIPs). The optical responsivity has been compared with different grating structures fabricated by reactive ion etching (RIE), device form, and incidence mode. The optical coupling efficiencies are further analyzed by the modal expansion model (MEM), including optical field distributions in different size photosensitive element and interrelated influences with scattering matrix method based on plane-wave expansion (PWE). Some extra coupling parameters have been obtained in designing and optimizing QWIPs FPA.     

Machining of acrylic-based Y-branch plastic optical fiber coupler with suspended waveguide taper

An acrylic-based Y-branch plastic optical fiber (POF) with a middle suspended waveguide taper has been developed. The suspended high index contrast waveguide taper structure has been designed in such a way that it is surrounded by air-cladding. Non-sequential ray tracing has been performed on the device giving an insertion loss of 4.68 dB and coupling ratio of 50: 50. The middle waveguide taper is constructed on the acrylic block itself without using any additional optical waveguiding medium injected into the engraved taper region. Fabrication of the devices is done by producing the device structures on an acrylic block using high speed computer numerical control (CNC) machining tool. Input and output POF fibers are inserted into this device structure in such a way that they are passively aligned to the middle waveguide taper structure. The device shows an insertion loss of 5.9 dB, excess loss of 2.9 dB and a splitting ratio of 50: 50.     

硅基二维光子晶体耦合器理论研究

光子晶体是一种具有光子带隙的新型人工材料,利用其具有控制和限制光子运动的特性可以制成新颖的光学器件。利用硅基二维光子晶体,提出了一种4端口耦合器。采用时域有限差分法作为研究工具,TM模作为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。在不同的耦合长度下研究光在输出端的功率透射率。结果表明选择适当的耦合长度可以使光在器件中呈现不同的状态。进一步研究表明,通过改变器件内部介质柱的半径,可以改变光在输出端的输出功率。从而证实了这种器件不仅具有波长选择性,而且具有潜在的可调节性,这些特性使得这种器件在全光开关的应用上具有潜在的优势。     

Coupling between microring resonators in presence of Kerr effect

The high degree of intensity values in microring resonators needs a careful treatment of nonlinear phenomena. Nonlinear effects are analyzed in coupling problem of ring-ring directional couplers. It has been observed that the nonlinearity affects the coupling device dramatically, and can be used as controlling techniques in such as coupled resonator optical waveguides.     

基于达曼光栅的动态光耦合器

提出了一种基于达曼光栅的动态光耦合器,通过控制装置中达曼光栅位移参量,可实现入射光束的分束或合束以及两者之间的动态转换。适当选择达曼光栅类型可实现任意N×M的动态光耦合。实验中以1550 nm光波长为例,对1×8达曼动态光耦合器进行测量,测得其实现光开关功能时插入损耗为0.43 dB,实现光分束功能时均匀性达到0.03,单路插入损耗均值为10.5 dB。该实验装置易于调节、体积小、能耗低,且关键元件达曼光栅制作工艺成熟,易于批量化生产。特别是在实现中大规模光交换阵列时,该方案就具有更明显的优越性,有实用意义。     

BPM Simulation and Comparison of 1 × 2 Directional Waveguide Coupling and Y-Junction Coupling Silicon-on-Insulator Optical Couplers

For developing large area opto-electronic silicon-on-insulator (SOI) devices, the optical coupler is a basic key device. In this article, the authors design and simulate 1 2 2 directional waveguide coupling and Y-branch coupling optical couplers based on Unibond SOI rib waveguides. The beam propagation method (BPM) is used for light propagation analysis. The simulation results and comparisons of the two kinds of optical couplers are reported. The S-bend waveguide for attaching to the two kinds of SOI optical coupler is also analyzed by BPM. We find that the directional coupler has lower power loss, but the Y-junction coupler is more wavelength insensitive with the same device size and splitting angle. The fabrication tolerance analysis shows Y-junction coupler has better fabrication characteristics.     

共线声光耦合的集成光学TE/TM模转换器

集成光学模转换器是光开关,光调制器,光学滤波器的重要组成部分．基于共线声光耦合原理,本文讨论了一种转换效率高的TE／TM模转换器的设计原理和制作工艺．研制成功的器件在100mW电功率驱动下,转换效率达95%．