基于SU-8聚合物的越级衍射型单纤三向波分复用器

介绍了基于阵列波导光栅(AWG)的单纤三向波分复用器的设计、仿真、制作与测试。利用阵列波导光栅的频谱周期性,采用越级衍射方法可在无需改变AWG布局,无需额外元件的情况下覆盖三向波分复用器的整个工作波段(1310~1550nm)。器件的芯层采用较高折射率的SU-8聚合物,下包层是二氧化硅,并用空气作为覆盖层,制作流程简单,只需要紫外光刻,成本低。仿真结果显示三个工作通道3dB带宽都大于11nm,偏振波长漂移不超过0.65nm。器件测试结果验证了越级衍射设计的正确性,在TM偏振态下的第二和第三波长通道的额外损耗是3dB左右,第一波长通道的额外损耗是7dB左右,串扰在-15dB左右。整个器件大小仅1.3mm×0.402mm。     

镀膜长周期光纤光栅的单峰宽带滤波特性

镀膜长周期光纤光栅(LPFG)工作于相位匹配转折点时纤芯模与高次包层模的耦合产生单个宽带损耗峰,其3 dB带宽取决于纤芯模和包层模之间的色散差、光栅长度以及中心波长.研究表明,薄膜折射率和厚度的变化将影响纤芯模与包层模之间的色散差,从而影响损耗峰的3 dB带宽,同时损耗峰中心波长亦随之移动.薄膜折射率为1.57,厚度为350 nm时,损耗峰带宽可达302 nm.减小光栅长度在保证中心波长损耗大于6 dB的前提下可使损耗峰3 dB带宽增大至334 nm.进一步研究表明,在均匀LPFG中偏离光栅中点的适当位置引入单个π相移可以使带宽增大至372 nm以上.     

两点法设计平场型EDG波分复用器件

利用两点法(two stigmatic points method)对平场型蚀刻衍射光栅(EDG)波分复用器件进行了优化设计.与传统EDG相比,该方法以较小的性能损失为代价,极大简化了制作工艺.通过标量波动衍射理论对16通道的该型器件进行了数值模拟,结果表明:在用光探测器陈列接收的情况下,额外的功率损耗约为1dB,信道间的不均匀性小于0.3dB,串绕小于-30dB.     

基于波长路由的光真延时模块

设计并制作了一种全集成的基于波长路由的光真延时(OTTD)模块。该模块由两个相同的通道间隔为1.6nm的16×16阵列波导光栅路由器(AWGR)与一组波导延时线阵级联而成。测试结果表明该模块性能优异,工作波长通道间串扰小于-27dB,光纤端到端峰值波长的插入损耗约为12dB。采用矢量网络分析仪测试得到延时线阵提供的光延时步长为(6.24±0.4)ps。该模块中两个阵列波导光栅路由器及延时线阵均被集成在一块硅基片之上,并且都由二氧化硅(SiO_2)波导制作而成,整个器件尺寸为3.5cm×3.5cm。     

Bragg反射齿型平面凹面衍射光栅性能研究

本文基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构, 提出利用一维光子晶体理论进行Bragg衍射光栅的设计并对其性能进行研究分析. 根据一维光子晶体理论, 建立了罗兰圆结构的凹面椭圆Bragg蚀刻衍射光栅, 研究了TE/TM模式下器件的分光特性以及入射角度改变对器件角色散造成的影响; 同时, 文中对比了空气介质型和金属铝线型椭圆Bragg蚀刻衍射光栅的光学性能. 研究结果表明: 选择合适的器件参数, 可以实现TE/TM模式下1.465-1.615 μm范围内波长衍射效率在95% 以上, 且空气介质型结构光栅的通道均匀性要优于金属铝线型结构光栅; 入射角在30°-60°范围内变化时, 相同入射角度下, TM模式下器件角色散大于TE模式. 基于Bragg衍射光栅设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG 波分复用器, 为未来密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

一种改善频谱性能的蚀刻衍射光栅输出结构新设计

对波分复用系统中一种重要的解复用器-衍射蚀刻光栅(EDG)的输出结构进行了研究,并提出一种新的采用渐变波导和空气槽相结合的结构设计,在保持器件原有的紧凑结构的前提下极大的提高了器件的频谱特性.该结构设计不需要额外的工艺过程,并且具有很好的工艺容差性.结构的有效性通过波束传播方法(BPM)和模式传播分析(MPA)得到了验证.在所给的数值模型中,-1 dB带宽和品质因素分别比传统设计提高了1.474和1.383倍.同时,相邻信道间的串扰降低了15 dB以上,而整个结构引入的功率损耗仅仅为0.65 dB.     

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.     

新型1×N多模干涉分束器的三维设计与模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉（Mult-Mode Interference,MMI）分束器设计,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件.它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式,器件尺寸减小,且不均匀性与附加损耗也减小.以1×4的对称型MMI分束器为例,当只对干涉区采用倒锥形结构后,在TE偏振中心波长为1.55 μm时,器件长度减小了500 μm,均匀性增加了0.131 dB,而附加损耗仅增加了0.02 dB,波长响应较传统设计增加了40 nm.在此基础上,又在输入输出臂上也各增加倒锥形结构后,相比于传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.改进后的器件具有优越的容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.     

基于多齿谐振光栅的偏振无关宽带反射镜的研究

主要探讨了一种基于多层多齿谐振光栅结构的高性能偏振无关反射镜。得益于TE和TM偏振光泄漏模谐振的共存及相互作用,该器件在1.65~1.72μm较宽的频谱范围内具有反射率大于97%、角度带宽约为24.6°、插入损耗小于0.25dB、偏振相关损耗小于0.18dB的优越性能。通过严格耦合波分析方法验证了此器件在现有工艺误差范围内具有较好的工艺容差性。     

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。     

基于Y型分支与布拉格光栅结构的集成光芯片研究

采用Y型分支与深刻蚀布拉格波导光栅相集成的方案,制备了带有通道监控功能的1×8光分路器集成芯片。耦合封装后的集成光芯片同时实现了稳定的通道光信号传输与监控功能。集成光芯片8通道反射谱中心波长范围为1 597 nm～1 639 nm,间隔为6 nm,3 dB带宽最大为0.67 nm,通道反射率最低为88.24%。1 550 nm波长下测试8通道的平均插损为11.92 dB,输出均匀性为0.19 dB。本文设计并制备的集成光芯片结构简单、集成化高,可以应用于光纤到户建设及其他光网络传输中,实现网络链路状态的实时监控。     

阵列波导光栅线性系统理论分析及优化设计

运用线性系统理论分析了阵列波导光栅的模场特性 ,导出器件传输的数学模型即光栅方程。提出了设计阵列波导光栅阵列波导数M的新方法 ,该方法综合考虑了降低器件串扰以及收集发散光场的能力 ,与文献 [1 ]的方法相比简单且准确。分析了造成器件衍射损耗的原因 ,提出了降低器件衍射损耗的方法。给出了 8× 0 .8nm ,中心波长为 1 550nm的阵列波导光栅波分复用器的设计实例 ,并进行了数值模拟计算验证了文中所提方法的准确性。     

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.     

非对称包层调制型布拉格光栅

为了优化光栅性能,提出一种基于互补金属氧化物半导体兼容性制造工艺的非对称包层调制光栅结构。该结构通过调整光栅齿的位置来改变波导中传输光的耦合率,最终达到改善光栅的反射带宽、消光比、输出功率等性能参数的目的。利用耦合模理论分析了该改进型光栅结构对光栅耦合率、反射带宽及输出性能的影响,同时利用有限元方法进行了数值仿真。结果表明,该改进型光栅的反射带宽由0.9nm减小到0.3nm,消光比的绝对值从29.2dB增加到35.1dB,耗散到包层的光功率从5.99×10~(-5) W减小到3.13×10~(-5) W;该改进型光栅器件性能得到改善。     

长周期光纤光栅检测混合油的折射率

为了检测柴油煤油混合油的折射率特性,利用耦合模理论分析长周期光纤光栅折射率传感特性,建立长周期光纤光栅中心波长、透射谱峰值损耗与混合油品中柴油含量的关系.结果表明:在混合油中,随着柴油含量的增加,长周期光纤光栅波长发生蓝移,当柴油含量达到使混合油折射率等于包层折射率时,中心波长漂移最大,柴油含量每改变1%,中心波长平均漂移0.622 7nm;柴油含量继续增加,混合油折射率大于包层折射率时,光栅中心波长基本保持不变,但是峰值损耗逐渐增大,带宽减小,之后柴油含量每增加1%,峰值损耗线性增加0.154 6dB.该方法在检测混合燃料各组分含量具有潜在的应用前景.     

平顶型蚀刻衍射光栅波分复用器优化设计

本文对利用多模干涉(MMI)结构实现解复用器蚀刻衍射光栅(EDG)频谱平坦化的设计方法进行了改进.通过使用预展宽输入结构把带间串扰降到很低值;通过使用抛物线型多模干涉区,把带通纹波减小到接近于零的同时,大大增加了1dB带宽,最终得到了平坦化效果最佳的设计方法.作为例子,最后给出了两种不同频带间隔下的最优设计尺寸.     

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。     

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.     

800nm高能量飞秒激光脉冲刻写长周期光纤光栅机理

基于800nm飞秒激光脉冲对标准单模光纤采用非载氢技术刻写长周期光纤光栅的机理进行了研究.搭建了水平、垂直双CCD视频监控的飞秒激光脉冲逐点刻蚀长周期光纤光栅系统,研究了光栅长度、激光脉冲能量和光栅占空比等参数对光栅光谱特性的影响.研究结果表明,当光栅周期长度不变,光栅周期数和激光脉冲能量的变化使光栅谐振峰强度发生变化,光栅透射谱是单峰的;光栅占空比的改变导致光栅谐振峰由单峰转变为多峰.在谐振波长1 540nm处,得带谐振峰强度达到15dB、带外损耗不足2dB,在3dB衰减处带宽为15nm的谐振透射谱.     

用于数据中心发射端的同侧阵列波导光栅复用器

针对数据中心互连用波分复用芯片需求,采用折射率差为1.5%的硅基二氧化硅光波导,设计并制备了应用于数据中心发射端的同侧、小型化、低损耗4通道粗波分复用芯片,尺寸为6.6 mm×2.2 mm,最小插入损耗小于2.33 dB,1 dB带宽大于11.35 nm,偏振相关损耗小于0.14 dB,波长精准度偏差小于0.38 nm。完全满足数据中心光互连波分复用芯片商用指标要求。