新型低损耗氧化硅Y分支光波导

提出了一种新型的Y分支光波导结构。该Y分支波导由一个人射波导,一个过渡波导和一对出射波导组成。过渡波导用于改善放射基模与出射偶对称模之间的场分布匹配,有效地提高了功率耦合效率,降低了分支耦合损耗,波束传播法（BPM）数字模拟计算表明,该结构在1．31μm和1．55μm波长下可分别达到0．041dB和0．052dB分支耦合损耗。实验中用等离子化学汽相沉积（CVD）技术制备了SiO2分支波导样品,在上述两波长下分别测得分支耦合损耗为0．08dB和0．09dB,基本达到了设计指标。     

有机-无机复合ZrO2-SiO2平面光波导

采用溶胶-凝胶法合成ZrO2-SiO2有机一无机复合光波导材料,通过改变其中ZrO2的含量来调节材料的折射率,使材料分别适用于平面光波导的导光层(ng≈1．497)和衬底层、包层(mb=nc≈1．479)。采用旋转涂膜工艺和相应的热处理,在单晶硅基片上制备衬底层、导光层和包层等薄膜,其中导光层介质因具有感光性而可通过紫外光刻来制备光路图案。所得有机一无机复合ZrO2-SiO2板型平面光波导(衬底层 导光层),用棱镜耦合截断法测试其光损耗在632．8nm波长处约为0．8dB／cm。对板型平面波导的导光层薄膜进行紫外光刻和异丙醇淋洗,制备出脊状光波导通道,在覆盖包层后,即获得埋层沟道式平面光波导。采用端耦合截断法测试了埋层沟道式平面光波导的光损耗(小于0．1dB／cm),并观察了其近场图像以及导光材料在近红外窗口的吸收光谱。     

聚硅氧烷改性及多模光波导制备

采用含氢聚硅氧烷(HPSO)和二乙烯基苯(DVB)的交联体掺入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中,使改性的聚二甲基硅氧烷(M-PDMS)折射率发生1%～1.8%的改变。M-PDMS及PDMS薄膜具有良好的光透射率和低的传输损耗,是低成本制备用于高速芯片间光互连聚合物光波导的理想材料。采用软成型和图案转移法,用M-PDMS及PDMS分别作波导的芯层和包层制备了截面为50μm×50μm,长度大于20cm的聚硅氧烷多模光波导。用数字化散射法测量了所制备波导的传输损耗,测得输入光波长为633nm时平均传输损耗为0.137dB/cm。     

特种非对称低损耗1×5光分路器

设计和优化了一种新型低损耗、低偏振的基于二氧化硅的特种非对称1×5光分路器.在设计Y分支结构时,输入端采用缓变展宽波导结构和直波导过渡波导相结合的结构,此结构可以使输入光场缓慢展宽,进行分束前的准备,大大减小分支结构的辐射损耗和模式转换损耗.非对称1×5光分路器第一个端口输出功率占50%,第二至五端口输出功率占50%.利用三维光束传播法模拟和优化了特种非对称1×5光分路器,模拟结果表明,该结构具有均匀性好、器件尺寸小、低损耗和低偏振等优点,1×5光分路器在1 250~1 650 nm波长范围内,第一个输出端口附加损耗小于0.07 dB,均匀性小于0.023 dB,偏振相关损耗小于0.009 dB,第二到五端口附加损耗小于0.45 dB,均匀性小于0.41 dB,偏振相关损耗小于0.06 dB.     

基于连通器原理的小探头光纤液位传感器研究

介绍了以汞包层光波导为传感探头的光纤液位传感器的原理及信号处理,其工作原理是利用连通器将液位的变化转变为汞包层光波导包层长度的变化。理论分析和实验表明,当光波导直径和光波长一定时,光功率衰减随汞包层光波导长度增加作线性增加。通过对汞包层光波导引起光功率衰减的检测,探头结构的优化设计以及探测器件的选型,可以获得实时性很强的高精度液位测量。实验测得10m液位的最大测量误差为5．2mm,理论分析的相对测量精度可达0．02％。该液位传感器的研制对于油库等易燃、易爆环境中的液位测量具有重要意义。     

飞秒激光在掺Nd3+光热敏折变玻璃中写入光波导

利用中心波长1 028nm、重复频率50kHz、脉冲宽度220fs的超短脉冲激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中刻写双线型和压低包层管状波导.研究了激光功率、波导双线间距、管状波导直径对近场模式的影响,得到了两组导光模式较优的波导.利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为+7.0×10~(-4)和+5.5×10~(-4).利用散射法测得双线型波导的传输损耗为1.29dB/cm;通过测量插入损耗得到压低包层管状波导的传输损耗小于1.95dB/cm.利用飞秒激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中直接写入光波导,在集成光学器件上具有广阔的应用前景.     

1.55-μm大功率高速直调半导体激光器阵列

提出一种基于AlGaInAs材料的1.55-μm波段的大功率、高速直调分布反馈(DFB)激光器阵列。采用具有良好温度特性和高微分增益的AlGaInAs材料作为量子阱和波导层以实现大功率与高带宽的输出;引入稀释波导结构来减小有源区内部损耗,同时降低远场发散角;采用悬浮光栅并优化耦合系数以实现大注入电流下的单模稳定工作。最终实现了1.5-μm波段5波长的大功率直调激光器阵列,阵列波长间隔约为5 nm,室温连续波(CW)工作时各通道输出光功率均大于100 mW,单通道最大输出光功率为160 mW,500 mA工作电流范围内边模抑制比大于55 dB,小信号调制带宽可达7 GHz,激光器最小线宽为520 kHz,相对强度噪声低于-145 dB/Hz。     

溶胶-凝胶法制备SiO2-TiO2平板光波导工艺研究

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂-TiO₂平板光波导,计算了平板光波导通光条件,分析了硅/钛溶胶-凝胶材料的热性能,观测了平板光波导的结构形貌,并测试了其通光损耗。结果表明：经过200℃,30 min干燥处理的凝胶薄膜呈疏松多孔状态,对于非对称平板波导,存在芯层通光截止厚度,而且当SiO₂-TiO₂芯层厚度为0.5 μm时,SiO₂下包层厚度至少有6 μm才能防止1550 nm波长光泄露入单晶硅衬底中。制备的光波导对于1550 nm波长光传输损耗最小值为0.34 dB/cm。     

波导厚度变动、偏振变动以及折射率变动脱敏高分子宽带耦合器设计

针对高分子光波导在制造工艺中波导芯厚度难以控制、芯层和包层的折射率差变动时的随机性以及材料各向异性引起的偏振态依赖性等实际问题,提出了采用抗波导芯厚度误差、抗折射率差变动和抗偏振变动的宽带波导耦合器回路结构的解决方案,给出了设计的理论和方法。在实测数据的基础上,进行了带宽为120nm的3dB氟化聚酰亚胺波导耦合器设计。由该器件的三维BPM仿真结果表明,在上述带宽上,波导芯厚度的变动范围为7～8μm、相对折射率差变动范围为0 24%～0.30%,两个正交偏振态都具有(50±2.0)%功率输出比的良好特性。     

带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导

提出了带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导的两种设计方案。分别通过设置两分支波导不同的宽度和改变分支波导与矩形中心的轴偏移量,去获得非对称分支比。采用有限差分光束传播法（FD-BPM）对两种结构进行模拟,得出它们的分支比和损耗。分支比分别最高可达809／6和72．9％,其相对应的损耗分别低于0．12dB和0．23dB,充分证明了方案的可行性,为以后非对称Y分支光波导的制作提供了实验基础。     

基于Norland紫外固化胶的热光开关器件

采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶（NOA）制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征,采用感应耦合等离子体（ICP）方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下,长2.2 cm的直波导插入损耗为8.3 dB。在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为11 dB,驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,测得开关器件的上升时间为1.085 ms,下降时间为489.5μs。实验结果表明：NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。     

高性能9xx nm大功率半导体激光器（英文）

为了改善9xx nm高功率半导体激光器的性能,对n包层和p包层的掺杂分布进行了调整,以减小激光器的内部损耗。同时为了减小有源区载流子的泄漏,在有源区和波导层之间引入了高能量带隙GaAsP。设计并制作了内部损耗为1.25 cm-1的高功率激光器。器件可靠性工作的最大输出功率为26.5 W。当输出功率为10.5 W时,最大电光功率转换效率为72.4%,斜率效率为1.16 W/A。     

一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关集成器件的设计

设计了一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关的集成器件.利用Rsoft软件设计并模拟了多模干涉热光开关的性能,可实现输出光场强度随电极加热温度变化.设计了螺旋结构的延迟线阵列,利用BPM软件对螺旋结构波导进行数值模拟,综合考虑器件尺寸和损耗参量设计出螺旋结构的弯曲半径.将延迟线阵列结构与热光开关进行集成,能够实现热光控制的聚合物延迟线阵列,该器件可实现的最大延迟时间为399.4ps,延迟间隔为9.2ps.以SiO2为下包层,SU-8紫外固化光刻胶为波导芯层,聚甲基丙烯酸甲脂为上包层,采用旋涂、光刻、湿法腐蚀等工艺制备了1×4延迟线阵列与MMI热光开关的集成器件,测试得到了延迟线阵列的近红外输出光斑,插入损耗为15~19dB.     

金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗

用金属包层介质光波导损耗的微扰理论及藉助多层近似法用递推公式分析渐变折射率波导传播常数的方法,对几种类型的金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗进行分析和讨论,得到了与精确数值计算结果相吻合的结果.     

一种离子交换制备的玻璃光波导谐振腔滤波器

采用AgNO3、KNO3混和熔盐作为离子交换源,在K9玻璃上制备了跑道形谐振腔滤波器。测试得到该滤波器的自由光谱范围为0.178 nm,两个输出端口的衬比度分别为1.47 dB和6.5 dB,分析得到耦合器的分束比和谐振腔的传输损耗分别为к=0.16和α=8.1 dB/cm。利用热光效应在16℃的温度变化范围内,滤波器实现了2π的相位调制,同时分析得到波导材料的热光系数约为1.28×10-5/℃。     

氮氧化硅/聚合物混合集成低功耗可变光衰减器

利用具有相反热光特性的氮氧化硅与聚合物材料,采用混合集成波导结构设计了一种低功耗S型可变光衰减器.该衰减器以聚合物为芯层材料,氮氧化硅为包层材料,在弯曲波导上方制作加热电极从而通过热光效应来实现可调谐的衰减功能.理论分析表明,对于1.55μm的工作波长,衰减器实现50dB的衰减仅需要3.6mW的功率.实验结果可实现0~40dB的衰减范围,相应的最大温度变化为70.4℃,器件插入损耗为5.4dB.     

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。     

用于光互连的聚硅氧烷波导弯曲损耗

研究了用于光互连的聚硅氧烷多模光波导直接弯曲时弯曲损耗与圆弧曲率半径的关系。用Marcuse的直波导近似法理论计算了其弯曲损耗,理论计算表明弯曲损耗随模阶数的增加而变大,随半径的减少而变大;光在波导中传输时,总弯曲损耗出现阶跃式变化,并且曲率半径大于4 mm时,波导的弯曲损耗小于1dB/cm。用BeamPROP仿真软件仿真了5、10、20mm三种曲率半径下的传输光场情况。利用数字化散射法测量了其弯曲损耗,实验结果显示曲率半径在5～6mm时弯曲损耗值在0.55～0.8dB/cm之间,考虑所制备的聚硅氧烷直波导固有的传输损耗,实验值与理论值基本相符。     

低偏振相关损耗聚合物光波导

表征了新合成的热光聚合物bisphenol A-aldehyde resin (BPA-resin)的独特性质。并且利用光刻和反应离子刻蚀技术(RIE)制备成功BPA-resin 聚合物的单模条波导.实验结果表明,对于TE和TM偏振,该聚合物波导在1.31 μm和1.55 μm波长下分别有低达0.43 dB/cm和0.51 dB/cm的传播损耗.在上述波长下,波导的低偏振相关损耗 (PDL)小于0.1 dB/cm.因此,是制备可调热光器件的良好导波模快.     

掺铒聚合物光波导放大器的数值分析

针对掺铒聚合物光波导放大器(EDWA),提出了一种基于Douglas离散格式改进的有限差光束传播法(FD-BPM)的数值计算方法。对每一传输步长结合多能级速率方程计算出EDWA中光场传输强度分布,及掺铒光波导放大器的增益传输特性。设计并研究了掺铒聚合物通道波导和Y形分束器的放大增益特性。在掺铒聚合物直波导中,Er3 浓度为9.0×1025ions·m-3,输入信号和泵浦光功率分别为1μW和2mW,其增益为1.6dB/cm;在掺铒聚合物Y形分束器中,输出信号光分束比相等,并能实现无损耗分束。