一种分析三维楔脊形光波导与光纤耦合的方法

和直波导的不同在于，三维楔脊形波导中的光场都是不稳定的.分别对波导-光纤耦合、光纤-波导耦合两种情况，将三维楔脊形波导等效为多段短的直波导，利用束传播法同时对三维楔脊形波导内不稳定的入射、反射场，及它们在传播方向上的偏导进行处理，再用自由空间辐射模法计算透射率和反射率.以SOI楔脊形波导和光纤的耦合为例，验证了该方法的可行性. 关键词： 自由空间辐射模法 束传播法 耦合 透射 楔脊形光波导 绝缘体上硅(SOI)     

光纤／波导器件／光纤系统的损耗分析

测试分析光纤／波导器件／光纤系统的损耗，并介绍几种减小端面耦合损耗的对准方法。     

高折射率厚平面光波导与光纤的水平耦合技术研究

光纤与平面光波导高效耦合是光波导器件互联设计中的重要环节,常用的倒锥波导已经解决了光纤与波导芯片之间的模式不匹配问题。然而,高折射率差波导与光纤耦合时通常需要较小的尖端尺寸(<180 nm),加工复杂且波导易坍塌。设计了一种宽波段(可见光和近红外波段)光纤-波导水平耦合器,通过引入聚合物SU-8锥形结构,提高了三端口分支波导的线宽,实现了850 nm波段超过300 nm的1 dB有效带宽。     

一种基于金刚石多层波导结构微环谐振器的仿真分析

提出了一种以金刚石新型材料为芯层的单微环谐振器模型.谐振器的纵切面采用五层脊形波导结构,中间一层设定为金刚石,上下两侧分别是SiO_2和As_2S_3,即As_2S_3-SiO_2-金刚石-SiO_2-As_2S_3.设置操作波长为1550 nm,依据耦合膜理论和微环谐振理论,利用Comsol软件仿真模拟了单直波导纵切面、直波导和环形波导耦合区的纵切面以及微环在谐振波长为1543 nm时的场强分布,及直波导和环形波导耦合区间距改变时微环的场强分布和传输特性.在此基础上,依据传输矩阵法讨论了微环的品质因数、耦合系数变化对输出光谱的影响,并对微环损耗进行了讨论.结果表明:以金刚石为芯层的微环谐振器具有良好的光学特性,本结构在谐振波长为1543 nm时谐振峰值达到了-12 dB以上,品质因数达到了1.54×10~5,在耦合系数为0.01时,自由光谱范围约为40 nm.     

二维平板光子晶体直波导的制备和光传输特性的测量

利用聚焦离子束刻蚀的方法在SOI(silicon on insulator)基片上制备了W3型二维光子晶体直波导.观察并测量了近红外激光通过光子晶体波导的散射图形和透过谱.实验结果说明，激光在有引入引出脊形波导的光子晶体直波导中具有很好的传输特性. 关键词： 光子晶体波导 光子带隙 脊型波导     

集成光学条波导阵列与单模光纤阵列的联接

本文报告了一种新的集成光学条波导阵列与镶嵌在硅V槽中的单模光纤阵列耦合联接方法的设计考虑,导出了确定光纤正确位置及V型槽的几何尺寸的若干计算公式.并讨论了光纤与波导几何尺寸与耦合效率的关系.指出了这是实现单模光纤阵列与条波导阵列的固定联接的有效方法,它简化了波导与光纤的对准程序,即由五维调整简化为平面的一维调整.可实现多个波导和多个光纤的同时对准与固定.最大限度地利用了有效重叠面积,从而提高了光纤与条波导的耦合效率.一组典型的数据是单模光纤(芯径10μm)对单模波导(10μm×5μm)的耦合效率可达55%,而同样尺寸的波导对光纤的最大耦会效率可达86%.     

空间交叉波导耦合特性分析

由两根在空间呈X型放置的光波导组成的空间交叉波导结构是构成垂直耦合光分束器、垂直耦合光滤波器、垂直耦合光开关和垂直耦合上/下复用器等三维集成光学器件的基本结构单元.提出用一种等效模场匹配法分析空间交叉波导耦合特性,将矩形波导的场分布看成是对圆对称光纤场分布的微扰,解决了对角区场分布的表达,从而计算空间交叉波导的耦合长度,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果.将两种方法所得的空间交叉波导耦合长度加以比较,最大误差为1.2%,平均误差为0.9%.结果表明该等效模场匹配法具有精度高、运算速度快等优点,为基于空间交叉波导的三维集成光学器件的设计和分析提供理论基础.     

半导体激光器圆波导的低耦合损耗机制分析

设计了一种具有圆对称波导的半导体激光器,利用有限差分-光束传播法(FD-BPM)研究了半导体激光器圆波导的远场图象(FFP)与波导参量的关系,并分析了光纤与半导体激光器低损耗耦合机制.     

垂直耦合结构纳米微环谐振器工艺失准分析

垂直耦合结构纳米微环谐振器是光子集成电路的重要组成单元.主要研究了与其实际制作相关的工艺失准问题.针对高折射率差波导材料垂直耦合结构纳米微环谐振器,先用耦合模理论解析方法研究了耦合系数与直波导和微环波导耦合层厚度d以及横向偏移量△之间的关系,为三维时域有限差分法(3D-FDTD)的精确数值计算确定了模拟范围.之后结合解...     

光波导-光纤自动调芯系统研究

设计了两种适用于光波导高精度自动对接耦合的调芯方案,从原理上克服了常规调芯过程中微变信号精确测试的困难。完成了调芯系统的光机电一体化、控制程序和接口界面。单模光纤作为标准波导的端面耦合自动凋芯试验显示,平均耦合损耗分别为0．075 dB(1310nm波长)和0．062 dB(1550nm波长),相应的标准误差分别为0．0099 dB和0．0066 dB．调芯过程在2min内完成。单模光纤-单模波导-单模光纤的对接耦合实验结果表明,端面耦合损耗平均值分别为0．140 dB(1310nm波长)和0．109 dB(1550nm波长),标准误差分别为0．0082dB和0．0107dB,调芯时间累计不超过8min。     

有机聚合物非对称弯波导分析与优化

以缩短有机聚合物马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导长度为目的,针对正弦弯非对称脊形波导进行研究,利用全矢量有限差分光束传输分析方法,系统地分析了不同参数下正弦弯非对称脊形波导的传输损耗,并得出优化的结构参数:脊宽w=4μm、分支高度h=11μm、脊形波导弯外侧芯层平板宽度s=2 μm,弯波导长度L=300μm.研...     

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。     

一种分析楔形光纤的等效矩形近似-阶梯串联法

楔形光纤(WSF)是实现平面光波光路芯片入出端口与光纤高效连接的核心部件. 采用数值模拟方法分析其中光波传输演化过程,是优化设计光子器件耦合结构的重要基础. 提出基于等效矩形近似的三维阶梯串联法(ERA-SCM),将楔端沿传输方向细分,引入矩形波导近似,给出了细分后各段近似矩形波导的等效折射率;在此基础上,建立了阶梯串联法分析模型,分级给出WSF中光波传输过程与模场演变. 数值分析结果表明,ERA-SCM比有限差分束传播法(FD-BPM)能够更精确地分析非对称光纤和波导结构,描述其中光模场的演化. WSF出射光场实测结果表明,ERA-SCM数值模拟结果与实验结果的误差为1.9%,而FD-BPM的误差为4.5%. ERA-SCM是分析非对称光波导光波传输与模场演变的有效方法. 关键词： 平面光波光路 楔形光纤 等效矩形近似 阶梯串联法     

两个非平行波导间的能量转换

提出一种分析非平行波导间耦合的简明方法-耦合系数推广法.利用这种方法,导出一种新的非平行双波导的耦合方程,由此得到一组非平行波导耦合的完美的分析解,依据这些分析解可以优化非平行波导的传输距离、输入／输出端口波导间距和夹角.     

集成光学 其他

TN256 2005053611 BPM-FSRM混合法分析SOI脊形波导与光纤混合=BPM- FSRM hybrid method of SOI rib waveguide-to-fiber cou- pling analysis[刊,中]／刘敬伟(中科院半导体所光电中心． 北京(100083)),陈少武…∥光子学报．-2005．34(2)．- 222-225     

808 nm半导体激光芯片波导优化与效率特性分析

对808 nm的InAlGaAs/AlGaAs半导体激光器芯片的波导厚度进行了优化,研究发现N波导与P波导厚度比值为1.8时芯片电光转换效率最高。基于上述高效率芯片研制出Chip-on-submount(COS)单管和光纤芯径62.5μm、数值孔径0.22的光纤耦合模块,并研究了两种器件在-10～90℃范围内的效率特性。结果显示,温度由-10℃升高到90℃,COS单管的载流子泄漏占比由1.18%增加到16.67%,光纤耦合模块的载流子泄漏占比由1.99%增加到17.73%,表明温升引起的载流子泄漏加剧是导致电光转换效率降低的主要因素。此外,还研究了高温老炼、热真空、空间辐照对光纤耦合模块电光转换效率的影响,并揭示了导致器件电光转换效率降低的内在因素。     

超宽带聚合物调制器的优化设计

设计了一种以聚合物作为材料的低损耗、宽带宽的Mach—Zehnder光波导调制器。分析了调制器的脊波导的模式特性,设计了脊波导的结构,并使用BPM软件模拟了脊形波导的光场分布;通过对光场分布的分析,优化了脊形波导的宽度Wg,脊高6,芯层高度H。同时对聚合物调制器的电极进行了优化,包括电极宽度W和电极间距D,使得调制器有较小的导体损耗以及较好的阻抗匹配。并结合了脊波导的结构参数和电极的优化参数,给出了优化结果,它能够使微波的有效折射率与光波的有效折射率达到匹配,从而使带宽达到177GHz,导体损耗为0．2569dB／cm·GHz1／2。     

单侧耦合16通道100GHz硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

介绍了一种新型单侧耦合16通道、100GHz通道间隔的硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)。通过增加一个Y分支波导结构,将AWG的输入、输出波导等间距整齐排列,仅用一个光纤阵列(FA)就可以对AWG器件进行耦合封装。这种AWG的结构设计可有效地减小器件尺寸和增加波导结构的弯曲半径,可减少器件的抛光和耦合时间,可降低器件的成本。     

基于一种易于制作的混合型表面等离激元波导结构的超紧凑截线滤波器

提出并分析了一种结构紧凑的截线型滤波器。该滤波器建立在一种硅基混合型表面等离激元波导结构上。与通常的混合等离激元结构相比,该波导结构在制作时只需对顶部的一层硅材料进行刻蚀,不需在光刻步骤进行对准和套刻,工艺简单易行。该截线滤波器由一截突柱波导与直波导耦合组成,并采用三维时域有限差分方法对其频谱响应进行模拟计算。计算结果表明该滤波器与现有文献中的二维金属-绝缘体-金属波导截线滤波器具有类似的频谱特性。另外,还进一步分析了截线部分及波导自身尺寸对器件输出频谱的影响。     

聚合物光波导的等离子体刻蚀工艺研究

等离子体干法刻蚀是聚合物光波导制备过程中一项关键工艺.利用感应耦合等离子体各向异性刻蚀工艺制备了聚合物脊形结构波导,研究了不同工艺参量(源功率、偏置功率、刻蚀腔室压强以及气体组分)对脊形波导刻蚀速率的影响.利用扫描电子显微镜对刻蚀后波导高度、侧壁垂直度及表面粗糙度进行分析,得到了高刻蚀速率和低粗糙度的优化工艺条件.实验...