聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

基于深刻蚀SiO2脊型波导的紧凑型多模干涉功分器

采用深刻蚀SiO2脊型波导,利用其弯曲半径小的优点,设计了一种紧凑型1×2多模干涉功分器.在输入/输出波导与多模干涉区域之间引入了逆向锥形波导,有效地减小了输出波导间距,从而减小了多模干涉区域宽度及其长度,进一步实现了多模干涉器件的小型化(仅为150 μm×20 μm).并采用三维束传播方法对多模干涉区域及输入/输出波导中的光场传输进行了模拟仿真,得到了一组最优参量设计值,从而实现其结构优化.     

条形半导体激光器光束质量因子M2的理论计算

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布，现通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩，通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发散角和M^2因子。讨论了波导结构参量变化对M^2因子的影响，并对两种波导结构光束的性质与波导参量的关系进行了比较。     

集成光学 光电集成与器件

TN2562006010418超紧凑型SOI基3×3MMI波导光开关的优化设计=Op-ti mal design of ultra-compact3×3SOI MMI optical swit-ches[刊,中]/贾晓玲(同济大学电子科学与技术系.上海(200092)),高凡…∥半导体光电.—2005,26(4).—294-298提出一种基于SOI材料的超紧凑型3×3MMI波导光开关,开关仅有一个多模波导,且多模波导采用更为紧凑的双曲结构。用FD-BPM方法对其各个状态进行了模拟和分析,并对器件的结构参数进行了优化设计。结果表明,这种光开关可以成功实现任意两输入和输出通道间的开关功能,优化后的开关呈现优良的综合性能,且整…     

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。     

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.     

不同衬底折射率的多模干涉耦合器

设计了一种具有不同衬底折射率的新型多模干涉耦合器,在多模波导区引入了更强的光场限制,激发更高阶的导模,从而提高映像质量.采用二维有限差分波束传播方法模拟了这种新型的结构,结果表明:与传统结构相比,以功率均衡性和附加损耗为衡量标准的映像质量有了明显提高.这种结构可以应用于三维SOI脊形波导中.     

弱导波导多模干涉耦合器结构参量优化设计

本文分析了以硅基底上二氧化硅波导为代表的弱导波导多模干涉(MMI)耦合器件输入(出)波导位置及宽度和MMI长度等结构参量对器件性能的影响.提出了参量空间法,在给定工艺材料参量和多模波导宽度情况下,通过匹配各结构参量,制出均匀性好、附加损耗低的弱导波导多模干涉耦合器件.     

离散谱折射率法分析深刻蚀、单模GaAs/GaAlAs脊形光波导

本文采用离散谱折射率法对深蚀刻、GaAs/GaAlAs多层脊形光波导模式特性进行了具体分析和设计,获得了较大截面、低损耗的单模脊形光波导.利用这种横向具有最大折射率差的深蚀刻脊形光波导不但可以提高多模干涉(MMI)型器件的性能,而且在设计和制作弯曲波导、分支结构时,具有结构紧凑、易于集成等优点.     

聚合物脊形光波导TM模色散特性的偏振修正

有机聚合物脊形光波导的色散特性对聚合物光子学器件性能具有重要影响.本文利用标量变分理论计算脊形光波导的有效折射率,其用到的近似光场分布运用变分有效折射率法获得.考虑折射率分布的横向变化,基于导模满足的矢量波动方程,利用微扰法对标量变分理论所得有效折射率进行偏振修正,求得精度更高的色散特性.对聚合物多模脊形光波导基模和高阶模的色散特性进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,分析了单模波导TM、TE基模的偏振色散特性.研究结果表明,运用本征方程分析TM模的色散特性误差大,必须加以修正;而对于TE模,其误差相对较小.     

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.     

LiNbO3∶Fe晶体中光写入阵列平面光波导的实验实现

采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO3∶ Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.     

(Al)GaAs/AlGaAs周期光波导中的等幅基模

本文应用周期介质光波导的模场分布函数和特征方程分析了(Al)GaAs/AlGaAs周期光波导中结构参量及介质折射率对模场分布形状的影响,研究了波导中形成等幅基模的条件,讨论了相应参量的优化选择。     

具有单一复合调制区的多模干涉效应耦合器 1×3光开关的分析

基于多模干涉自映像原理,分析了一种仅含一个复合调制区的1×3光开关。该开关处于不同工作状态时,调制臂上所加相位调制量之间存在倍数关系,于是可将调制臂上的相移器组合成一个复合调制区,通过连续改变复合调制区的折射率变化量,因此可以将来自任一输入端的光场轮流切换到任意输出端口。以Al0.07Ga0.93As/GaAs脊形波导结构为例,采用BEAMPROP软件,对该开关进行了优化和理论验证。消光比高达30.3 dB;相邻通道之间的串扰低于-29.8 dB;在1.31μm工作波长处约50 nm的波谱范围内,串扰低于-20 dB。该结构可简化传统多通道开关的调制方法,降低外加控制方法的复杂程度。     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130~150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

LiNbO3:Fe晶体中光写入阵列平面光波导的实验实现

采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO₃: Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.     

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。     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关（英文）

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130～150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

基于多模干涉耦合器的集成热光开关实验研究

报道了一种基于多模干涉(MMI)耦合器的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型2×2集成热光开关的实验研究结果,插损为3.40 dB,偏振相关损耗为0.47 dB,直通和交叉状态消光比分别为32.01 dB和16.42 dB,响应时间小于3 ms,开关功耗为658 mW。针对直通和交叉状态消光比不对称的现象,从理论上做出了解释,因为半导体平面光波电路(PLC)工艺一致性较好,两个多模干涉耦合器的分光比虽然因工艺误差偏离50∶50,但误差量相近,这个特点对光开关直通和交叉状态的消光比产生了不同影响。分析了在波导上制作加热电极对波导有效折射率的影响,估算其增量在2×10-4量级。     

全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性

研究了光波在没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导中的传播特性. 利用等效折射率法,将该结构等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,数值分析和模拟了其多模干涉效应. 研究结果表明,由于全内反射和分布式布拉格反射的联合效应,光场类似于传统波导模式,能高效地传输;随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,带宽和透射率也随之增加, 研究结果为实际应用中选择适当的填充率提供了理论依据. 关键词： 光子晶体多模波导 全内反射 填充率 时域有限差分法