行波电极硅-有机复合集成电光调制器理论分析与实验研究

对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究,构建调制器的波导电极结构模型,分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化,完成调制器芯片的设计与制备,研究电光聚合物材料的片上极化工艺,得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S(Scatter)参数进行测试,分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。     

高速异型掺杂的硅基槽波导调制器

针对硅基单端推挽调制器的pn结结电容大、调制效率低的问题,设计出一种基于异型掺杂和槽波导结构的硅基调制器。通过槽波导结构和L型掺杂增大了耗尽区与光场相互作用,与传统脊波导相比,在相同调制效率下,槽波导的结电容降低了24%,带宽提高了32%。采用T型轨道的电极实现阻抗和折射率的匹配,4 V偏压下调制带宽达到42 GHz,实现了峰峰值电压V_pp=2 V驱动下70 Gbit/s的OOK信号调制,眼图消光比达5.2 dB。     

硅基GHz高速电光调制器研究进展

硅基高速电光调制器是新一代密集波分复用系统和光时分复用系统中的关键光电子器件，他的运用可以降低光通讯系统的制作成本并且大大有利于未来的硅基光电集成．目前国际上已经实现的硅基高速电光调制器件的调制速率已经超过6GHz．文章对国外硅基高速电光调制器的最新研究进展进行了介绍，评述了各种基于不同电学和光学结构的硅基电光调制器，对不同类型器件在制作和应用中的优缺点进行了比较．     

硅基GHz高速电光调制器研究进展

硅基高速电光调制器是新一代密集波分复用系统和光时分复用系统中的关键光电子器件,他的运用可以降低光通讯系统的制作成本并且大大有利于未来的硅基光电集成.目前国际上已经实现的硅基高速电光调制器件的调制速率已经超过6GHz.文章对国外硅基高速电光调制器的最新研究进展进行了介绍,评述了各种基于不同电学和光学结构的硅基电光调制器,对不同类型器件在制作和应用中的优缺点进行了比较.     

W波段电光相位调制器的设计与建模分析

W波段(2.73～4 mm)电光相位调制器(EOM)结构具有多参数和设计复杂的特点,参考共面波导传输线理论和EOM理论,结合三维电磁仿真高频结构仿真软件HFSS,对调制器进行有限元分析和计算。针对EOM几何结构中的关键参数,在4个维度上进行模型仿真计算,建立EOM的多维度数学模型。根据仿真模型,得到EOM几何结构参数与主要性能的变化规律,确立EOM的模型结构。通过结构优化,得到频率为100 GHz的EOM模型,调制器速率匹配,阻抗匹配,并且衰减较小。     

偏置M-Z调制器构建2-bits电光模数转换相位编码方法的分析与模拟

为了降低电光相位编码器功率消耗和解决内部M Z调制器一致性要求高的问题,利用2个偏置M Z调制器构成了用于电光模数转换的2 bits电光相位编码器。理论分析了偏置M Z调制器实现2 bits电光相位编码的方法、特点和性能。仿真结果验证了采用偏置M Z调制器构成的2 bits相位编码方法可行性,并实现了对1 GHz模拟电信号的采样速率12 GSa/s模数转换。分析和仿真结果表明,采用该方法对调制器一致性要求低,对输入信号功率要求低于0.32 W。分析结果表明,调制器直流漂移不影响最低位量化结果,引起最高位量化结果的判决模糊低于3.8%。     

基于有限元法的新结构LiNbO3电光调制器的分析与优化

对传统结构的LiNbO3电光调制器进行了改进,并用有限元法对改进后的电光调制器进行了分析计算,采用T形电极、脊波导和空气背槽的新型LiNbO3电光调制器在进行了结构尺寸优化后,相速完全匹配,带宽可达98 GHz,特性阻抗为52 Ω,损耗系数为0.464 dB/(cm·GHz1/2),半波电压为7.13 V,其性能远优于传统结构的调制器.     

基于Add-drop型微环谐振腔的硅基高速电光调制器设计

相比于传统的All-pass型微环谐振腔硅基电光调制器, Add-drop型微环谐振腔可提供更多的设计自由度, 使调制器在不改变杂质掺杂浓度的情况下就能在调制带宽和消光比性能上获得均衡考虑. 本文设计了基于Add-drop型微环谐振腔的高速、且在低调制电压下实现大消光比的硅基电光调制器, 所用微环谐振腔的半径仅仅为20 μm. 重点分析了直波导与微环谐振腔的耦合对调制器性能的影响, 发现较小的Drop端耦合系数有利于消光比的提高, 但是不能同时达到最佳的调制带宽, 因此设计上存在一个带宽和消光比性能上的折中考虑. 根据优化设计的结果进行了实际器件的制作和测试. 静态光谱测试表明, 在3 V反向偏置电压的作用下, 调制器的消光比最大可达12 dB. 动态电光响应测试中, 在仅仅1.2 V的信号幅值电压下测得了8 Gbps数据传输速率的清晰眼图. 关键词： 电光调制器 绝缘体上的硅 微环谐振腔 载流子色散效应     

推挽极化Y型耦合器电光调制器的傅里叶建模与表征

设计了一种高线性度、无偏置聚合物Y型耦合器电光调制器,它由Y型分束器、Y型合束器、两节推挽极化电光耦合波导构成的电光区和一个微带行波电极构成,给出了器件结构并对其参数做了优化。通过对施加的电学调制信号做傅里叶变换并结合器件的传递函数,给出了一种新型数值方法来建模和表征器件的静态和动态特性,推导并得到了器件的状态函数、静态响应、调制响应、三阶内调响应等表达式。计算和分析结果显示,器件的半波电压为2.69V;3dB调制带宽约为143GHz;当调制系数为1%~10%时,基频信号对器件所产生三阶内调噪声的抑制比为60dB~90dB。所给出的理论和相关公式也可用于具有Y型耦合器结构的类似电光器件(如电光开关)的设计、建模和分析。     

用于光纤无线通讯的微环相位辅助型马赫-曾德尔调制器

针对光纤无线通信(ROF)系统对光强调制器线性度的特殊要求,设计了一种新型的集成光学器件——微环相位辅助型马赫-曾德尔调制器(RPAMZM)。将一个微环谐振器和一个相位调制器分别加载到马赫-曾德尔调制器的两臂,可以补偿普通马赫-曾德尔调制器的亚线性,得到线性度良好的响应特性。建立了该种器件的理论分析模型,计算了不同条件下的传输特性和无毛刺动态范围(SFDR)。分析结果表明,在不计损耗的情况下,器件的非线性主要来源于传输函数泰勒展式的三次项,通过控制透射系数,可以使该项等于零,无毛刺动态范围获得19.68 dB的提高;在损耗存在的情况下,通过控制透射系数和偏压因子,可以同时抑制掉二次和三次这两个主要的非线性项,无毛刺动态范围获得15.74 dB的相对改善。     

反相电极聚合物定向耦合电光开关的优化设计

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响,应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法,优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明,该器件具有良好的开关性能:在1 550 nm的工作波长下,器件耦合区的长度为4 753.5 μm,交叉态电压为1.22 V,直通态电压为2.65 V,插入损耗小于2.21 dB,串扰小于-30 dB.通过微调状态电压,可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.     

兼具低非线性和高功率限制的狭缝波导（英文）

利用非线性效应的全矢量模型和狭缝波导的有限元模场求解法,系统地研究了狭缝波导结构和包层材料对其非线性和功率限制特性的影响.研究结果表明,狭缝波导的硅臂宽度、狭缝宽度、硅层高度和包层材料均影响其非线性和功率限制特性.对于空气包层狭缝波导,不同结构参数下的最高功率限制因子对应的非线性系数均高于20 W^-1·m^-1,而最低非线性系数6.5 W^-1·m^-1均出现在模式截止附近,泄露损耗较大,功率限制较弱,故空气包层狭缝波导无法同时实现低非线性和高功率限制;如果在狭缝波导上包覆二氧化硅,则可以同时获得低非线性和高功率限制,非线性系数可低至4.12 W^-1·m^-1,同时功率限制因子可达42%.     

高温超导高速磁浮交通系统悬浮导向与牵引方案研究

本文提出了一种全高温超导高速磁悬浮交通技术模式,该技术模式采用高温超导钉扎悬浮导向和高温超导直线电机牵引,具有高速运行、静态悬浮和动态自稳定悬浮导向三大特征.根据5编组时速500公里磁悬浮列车的运行要求和工况,本文对高温超导钉扎悬浮导向系统和高温超导直线牵引系统进行了方案设计,并通过有限元仿真对所提方案进行了可行性分析和验证.结果证明了全高温超导磁悬浮系统的高速运行、静态悬浮和动态自稳定悬浮导向技术优势和设计方案的可行性.     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.     

基于氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器的设计及研究

在光子晶体光纤二氧化硅材料中掺入氟元素、在光纤中引入七个椭圆空气孔以及三角形和矩形周期性空气圆孔,设计了一种氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器.对该分束器结构参量进行优化,对分束器分离两正交偏振光的性能进行分析.结果表明:在优化结构尺寸下,当光纤长度为102.717μm的超短长度时,在1.55μm波长处具有超强的分离两束正交偏振光的能力,消光比可以达到126.442dB,具有60nm的有效带宽.此偏振光分束器在大容量光通信系统中具有重要的应用价值.     

Design and characterization of single mode circular photonic crystal fiber for broadband dispersion compensation

In this paper, we present a single mode circular photonic crystal fiber (C-PCF) for broadband dispersion compensation covering 1400 to 1610 nm wavelength band over the telecommunication windows. Investigations of guiding properties are carried out using finite element method (FEM) with circular perfectly matched layer boundary condition. Numerical study reveals that a negative dispersion coefficient of about −386.57 to −971.44 ps/(nm km) is possible to obtain over the wavelength ranging from 1400 to 1610 nm with a relative dispersion slope (RDS) of about 0.0036 nm⁻¹ at 1550 nm wavelength. In addition, the single mode behaviour of C-PCF is demonstrated by employing V parameter. According to simulation, it is found that the proposed C-PCF acts as a single mode fiber within 1340 to 1640 nm wavelength. Moreover, effective dispersion, relative dispersion slope, birefringence and confinement loss are also presented and discussed.