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 550nm波长附近的40nm带宽范围内获得了约2.6dB的通带平坦度,在1 550nm通信波长处,器件的插入损耗低于10dB.     

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.     

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.     

可调谐锁模脉冲环形腔掺铒光纤激光器

报道了一种结构简单、波长稳定可调的被动锁模环形腔掺铒光纤激光器.利用非线性偏振旋转效应作为等效可饱和吸收体实现自起振被动锁模,通过使用光纤偏振控制器和偏振相关光隔离器作为波长调谐器件,在输出端使用输出耦合器为工作波长在1550±50 nm的宽带耦合器,实现了光纤激光器的输出锁模脉冲激光中心波长较宽范围可调谐.实验上获得了低阈值自起振,重复频率为10.23 MHz,中心波长在1548.64～1600.24 nm内连续可调,边模抑制比大于44 dB的超短脉冲输出.     

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.     

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.     

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...     

双尾纤式多功能光隔离器研究

提出并成功研制了一种具有功能复用的新型的多功能光隔离器结构, 对其进行了传输特性性能理论分析, 分析表明, 该器件具有与单尾纤光隔离器相同的低插入损耗, 高隔离度等特性, 实验结果显示,所设计的1550 nm双通道多功能光隔离器插入损耗分别为0.28 dB和0.11 dB, 隔离度分别为55 dB和54 dB, 达到了隔离器需要满足的标准, 性能良好, 同时具有成倍降低器件制造成本的效用.     

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.     

一种亚波长偏振分波/合波器的研制

针对传统偏振分束器窄波段、窄角度范围的不足,研制了一种在宽波段宽角度范围内具有180°分光功能的偏振分束器/耦合器。该器件基于线栅偏振器和亚波长光栅结构原理设计,利用半导体工艺的刻蚀技术制作。利用一维金属线栅对入射电磁波的偏振响应和亚波长光栅仅存在零级衍射的特性,实现了较宽的通带宽度与可接受角度范围、极大的分光角度、高消光比和低插入损耗。实验测得透射、反射消光比均大于20 dB,插入损耗小于0.5dB。通过自行搭建的微结构测试平台,测量了p、s光的透射率、反射率随入射角度变化的曲线,和严格耦合波理论模拟结果符合。深入分析了制作中的过刻蚀对性能产生的影响。     

平面光波导型单纤三向器的研究

利用光束传输法,分析设计了一种只由两个定向耦合器构成、能直接与单模光纤相耦合、易于集成的平面光波导（Planar Lightwave Circuit,PLC）型1.31/1.49/1.55 μm单纤三向器.该器件的输入输出弯曲波导和耦合区平行波导均采用光束传输法进行优化设计,并对器件的折射率进行了容差分析,获得了当两个定向耦合器的耦合长度分别为6 578 μm、3953 μm时,器件对各波长的隔离度均在47 dB以上,且插入损耗小于0.05 dB.     

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。     

含氟聚酰亚胺波导波长分离耦合器优化设计

提出并采用统计优化的设计方法解决含氟聚酰亚胺波导波长交叉分离耦合器的偏振态变动的影响.在实测了含氟聚酰亚胺的色散和双折射特性的基础上,优化设计了40路波长信道、1550 nm中心波长、0.8 nm波长间隔的抗偏振变动的波长交叉分离耦合器.数值模拟显示:波长周期偏移小于0.1 nm,1 dB带宽为0.5 nm,3 dB带宽为0.8 nm,串扰小于－30 dB,偏振变动导致的波长漂移小于0.08 nm.     

1550nm工作波长新颖结构细径偏振保持光纤的制备及性能研究

对工作波长在1550nm，新型结构细径偏振保持光纤的制备与性能进行研究，并制备出拍长达到2．1mm、消光比达到28dB（1km）、工作波长在1550nm、低衰减且高强度的细径偏振保持光纤．     

基于马赫-曾德尔干涉仪的1×8硅基热光开关

设计并制备了一种基于树形结构的1×8硅基热光开关,该热光开关由1个2×2和6个1×2马赫-曾德尔干涉仪的基本单元结构组成。该1×8硅基热光开关采用与互补金属氧化物半导体兼容的工艺制造。通过氮化钛加热器来改变波导的温度,利用硅的热光效应实现光开关功能。实验结果表明：在1550 nm工作波长下,该热光开关的平均片上插入损耗约为1.1 dB;所有输出端口的串扰都小于-23.6 dB;开关响应时间小于60μs。     

基于伴随法逆向设计的硅基分模器

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE₀和TE₁双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示：当输入TE₀模式时,中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB;当输入TE₁模式时,插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB;工作带宽覆盖150 nm时,TE₀和TE₁模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差,两种模式的插入损耗低于0.79 dB,串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统,为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。     

对偏振变动和膜厚变动脱敏的高分子波导宽带耦合器

针对高分子光波导制造工艺中波导芯厚度的均匀性难以控制,以及材料较大的折射率各向异性引起的偏振态依赖性的实际问题,提出了采用抗波导芯厚度误差、抗偏振变动的宽带波导耦合器回路结构的解决方案,并给出了优化设计的理论和方法.在实测了含氟聚酰亚胺薄膜的色散特性的基础上,采用该方法做了中心波长为1550 nm、带宽为120 nm的3 dB含氟聚酰亚胺波导耦合器设计.该器件的三维BPM仿真运行结果表明,在上述带宽上,波导芯厚度变动在7～8 μm的范围内,两个正交偏振态均可实现(50±1.0)% 功率输出比的良好特性.     

基于光纤环形滤波器的双波长掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于光纤环形滤波器的环形腔掺Er3+光纤激光器,实现了稳定的单波长和双波长激光输出.采用保偏光纤布喇格光栅作为选频器件;两支分光比为20∶80的1×2耦合器结合2m保偏光纤构成环形滤波器,抑制模式跳变,提高激光输出稳定性,通过调节滤波器内偏振控制器实现波长选择性输出;采用长度为1m的饱和吸收体起到稳频作用.实验结果表明:该激光器工作阈值为71mW,在熔接滤波器后,光谱特性得到改善;调节偏振控制器可实现单波长激光可切换输出或双波长激光同时输出,双波长间隔0.88nm,1 535.5nm和1 534.7nm单波长切换输出时最大功率分别为0.078dBm和-2.585dBm,激光3dB线宽为0.16nm和0.15nm;在室温20min内,输出激光波长漂移小于0.06nm,功率变化小于1.3dB.     

基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带定向耦合器研究

提出了一种基于三芯光子晶体光纤的定向耦合器。通过增大纤芯两侧空气孔直径来引入非对称纤芯,该方法有效地实现了1×3分束的目的。数值分析表明,该三芯光子晶体光纤定向耦合器的工作带宽可达113.9nm(具体为波长从1530.9～1644.8nm)且均匀性小于0.4dB、偏振相关损耗低于0.2dB。此外,这种结构能够有较大的制作容差,具体表现为器件长度在光纤长度(20.9mm)的±4%范围内变化都能保证工作带宽不小于80nm。     

聚合物弥散液晶材料在1550nm的电光特性研究

实验研究了不同配方及工艺条件下,聚合物弥散液晶（PDLC）材料在1550nm处的电控光透射特性。由此筛选合适的配方和工艺,研制了聚合物弥散液晶电控可调光衰减器样品。实验说明,在1550nm工作点,50％左右合适的液晶含量的聚合物弥散液晶样品能够获得更好的电控光学性能。采用配方质量比ω（DHPA）：ω（E7）：ω（RB）：ω（NVP）：ω（NPG）=100：100：3：2：1．5的配方,制作在1550nm工作的聚合物弥散液晶光衰减器样品。经检测,输入光源为1550mm,223μW时,器件插入损耗为2．3dB,衰减调节范围为13dB,线性工作区域为20～70V。