InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550 nm波长附近的40 nm带宽范围内获得了约2.6 dB的通带平坦度,在1 550 nm通信波长处,器件的插入损耗低于10 dB.     

光纤到户用单纤三向复用器芯片的研究

采用非对称Y分支波导和多模干涉型耦合器级联的方案设计出了一种光纤到户用单纤三向复用器芯片.模拟光谱响应结果表明,三个波长输出光斑清晰,实现了1 490 nm和1 550 nm下行波长的下传和1 310 nm波长的上传.有限差分束传播法模拟结果表明:该器件插入损耗小于1.49 dB,三个响应波长的带宽满足ITU.984规...     

光纤到户用单纤三向复用器芯片的研究

采用非对称Y分支波导和多模干涉型耦合器级联的方案设计出了一种光纤到户用单纤三向复用器芯片.模拟光谱响应结果表明,三个波长输出光斑清晰,实现了1 490 nm和1 550 nm下行波长的下传和1 310 nm波长的上传.有限差分束传播法模拟结果表明:该器件插入损耗小于1.49 dB,三个响应波长的带宽满足ITU.984 规定的带宽要求|1 310 nm上传信号隔离度达到47 dB以上,1 490 nm与1 550 nm间信号隔离度达到29 dB以上.     

一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗－0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为－6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗－4.3 dB,开关时间为6.8 μs.     

基于硅基二氧化硅阵列波导光栅宽带低串扰单纤三向器

采用硅基二氧化硅阵列波导光栅设计并制作了宽带低串扰单纤三向器.为使三个波长间隔相差较大的输出谱获得相同的带宽,在输出波导与罗兰圆交界采用了不同结构的多模干涉器.二维有限差分束传播法的模拟结果表明,理论上1310nm、1490nm和1550nm波长的3dB带宽分别达到23nm、23.5nm和25nm,插入损耗均为4dB,1310nm波长的串扰小于-40dB,1490nm与1550nm波长间串扰小于-40dB;采用宽带光源测试结果表明,1550nm波长的3dB带宽为23nm,采用三个独立窄带光源测试结果表明,三个波长的插入损耗均为7dB,1310nm波长的串扰小于-40dB,1490nm与1550nm波长间的串扰小于-39dB,测试与模拟结果基本一致.     

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.     

偏振脱敏高隔离度高分子波导分波器设计

提出了一种新的高分子波导分波器结构,用以改善波长串扰以及偏振变动、波长带宽等引起的劣化影响.主要技术特征是采用两支参量不同的波导来构成非对称定向耦合器.报告了用非对称定向耦合器构成的马赫-泽德尔干涉型波导分波器的结构特点、基本工作原理和光学特性,详细讨论了器件的设计原理和器件性能优化的处理方法.采用三维波束传播法做了仿真验证,结果表明,该器件在1 550±5 nm和1 310±5 nm的波长带域上、对两个正交偏振态均实现了串扰小于－40 dB的高隔离度分波特性.     

基于纳米压印技术分布反馈激光器阵列的ONU光源研究

利用纳米压印工艺及对接生长工艺制作了基于分布反馈(DFB)激光器阵列的适用于波分复用光无源网络(WDM-PON)光网络单元(ONU)的低成本光源芯片。器件使用单片集成多模干涉器进行合波输出。测试结果显示,器件平均阈值小于10mA,边模抑制比大于40dB,波长调谐范围大于10nm,出光功率大于0.2mW。     

锥形多模干涉耦合器一般成像特性分析

锥形多模干涉耦合器克服了传统多模干涉(MMI)耦合器结构尺寸大的缺点,满足当前集成光器件高集成度的要求.其成像特性对设计基于它的集成光器件至关重要.根据多模干涉耦合器的自映像原理,对锥形多模干涉耦合器成像特性进行分析,发现成像特性与输入场位置、位置数、多模波导初始宽度及渐变率等参量密切相关,得到成像位置的解析表达式并总...     

低功耗聚合物Mach-Zehnder热光开关

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌,通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑,在通信波段1 550 nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为－15 dB,驱动功率为16 mW.引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,经测量开关上升时间为1.2 ms,下降时间为0.8 ms.     

A dual-channel wavelength multiplexer / demultiplexer based on the restricted-resonance self-imaging effect

The authors propose a high-performance 980 / 1550-nm wavelength multiplexer / demultiplexer based on the restricted-resonance self-imaging effect in a buried-type waveguide system. The device functions either as a multiplexer or a demultiplexer, depending upon the direction of light propagation. Using the modal propagation analysis (MPA), characteristics of the device are investigated. We carried out the design of the device and showed that the device performance can be optimized by appreciate selection of the coupler width. A demultiplexer with an insertion loss of 0.4 dB and contrast of 25.5 dB at wavelength 1550 nm and 32 dB at 980 nm is demonstrated.     

Multimode interference wavelength multi/demultiplexer for 1310 and 1550 nm operation based on BCB 4024-40 photodefinable polymer

A 1310 and 1550 nm coarse wavelength multi/demultiplexer based on benzocyclobutene (BCB 4024-40) polymer is demonstrated for the first time. The device is designed based on a combination of general interference and paired interference mechanisms of multimode interference (MMI). It is fabricated on BK7 glass substrate with a thin layer of SiO₂ as cover. A cost effective chemical etching technique is used in the fabrication process to take advantage of the photosensitive nature of the polymer. The device length was significantly reduced by adopting the restricted multimode interference scheme, lower beat length ratio and cascaded MMI couplers. The measured crosstalk at 1310 nm was 14.4 dB and at 1550 nm was 20.6 dB. The measured insertion loss is around 3.2-3.5 dB for both ports.     

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。     

The cascaded exponential-tapered multimode interference couplers based triplexer design for FTTH system

A novel compact triplexer, which consists of series cascaded exponential-tapered multimode interference couplers, is introduced in this paper. General self-image properties of the exponential-tapered multimode interference couplers are investigated thoroughly to fulfill the compact integrated triplexer. By combining four exponential-tapered MMI couplers, a novel compact 0.6 cm-long triplexer that is with ITU standard wavelength of 1310 nm, 1490 nm and 1550 nm for FTTH is achieved without requiring complicated design. And it can be fabricated by common planar lightwave circuit (PLC) technology. From the simulation results for wavelength of 1310 nm, 1490 nm and 1550 nm, the insertion losses are 0.34 dB, 0.9 dB and 1.17 dB, with isolations for each output waveguide ranging from 12.74 dB to 37.15 dB. The 3 dB passband widths for 1310 nm, 1490 nm and 1550 nm are 112.39 nm, 29.44 nm and 26.7 nm.     

Multiport N x N multimode air-clad holey fiber coupler for high-power combiner and splitter

We report 2 x 2 and 4 x 4 multimode air-clad holey fiber couplers fabricated by a novel fusion and tapering technique. The devices showed excellent port-to-port coupling uniformity over a wide spectral range of 800-1650 nm. The 4 x 4 coupler showed a low insertion loss of 9.9 dB and excess loss of 3.9 dB at 1310 nm. Because of its unique air cladding and the high numerical aperture of the holey fiber structure, the device showed strong potential in high-power applications.     

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。     

Compact 3-dB tapered multimode interference coupler in silicon-on-insulator

We have fabricated a compact 3-dB multimode interference coupler with a large silicon-on-insulator cross section. To reduce the length of the usual symmetric interference multimode interference coupler, we propose using a parabolically tapered structure. The length of the device is 398microm . The device has a uniformity of 0.28 dB.     

O波段8通道硅基二氧化硅平坦化阵列波导光栅的设计及制备

设计并制作了一款应用于IEEE 200/400GbE标准802.3bs的阵列波导光栅.该阵列波导光栅使用2.0%的超高折射率差硅基二氧化硅材料,使得芯片尺寸及损耗较小.为了获得平坦化的接收光谱,将输出波导进行展宽,采用多模波导结构,激发若干个高阶模,数个模式叠加使得原本高斯状的光谱顶部产生平坦化,形成箱形接收光谱.设计的阵列波导光栅的中心波长为1 291.10nm,通道间隔为800GHz,芯片尺寸为11mm×4mm.经过等离子增强化学气相沉积和感应耦合等离子刻蚀工艺制备了芯片,测试结果表明最小的插入损耗为-3.3dB,相邻通道间串扰小于-20dB,单通道1dB带宽在2.12~3.06nm范围,实现了良好的解复用和平坦化效果,在实际光通信系统中有一定的实用价值.