1 μm波段高功率超辐射发光二极管

为提高1μm波段超辐射发光二极管的输出特性,对外延结构及J型波导结构参数进行研究,基于研究结果确定外延结构及波导结构参数并对电极窗口制备工艺及单层氧化铪薄膜成膜条件进行了优化。研究表明,缩小波导与限制层AlGaAs材料中Al组分差值利于改善器件光束特性。此外,增加刻蚀深度、脊宽及曲率半径均会使损耗系数减小以提高器件输出功率。基于仿真结果制备出非均匀阱宽大阱深的三量子阱结构器件,前腔面镀制反射率约为0.5%的单层氧化铪薄膜,后腔面蒸镀高反膜,腔长约2 mm,波导曲率半径为21.8mm,在500 mA连续电流注入下,实现了118.1 mW输出功率和32.5 nm光谱半宽。单层增透膜的设计抑制了器件激射并简化了工艺复杂度,避免了多层增透膜不同材料间的应力问题。     

有源弯曲波导反馈特性的三维时域有限差分法仿真

半导体光放大器的耦合光纤形成的外腔反馈通过引入弯曲损耗得以抑制.通过对半导体光放大器有源波导引入对前、后向光场非对称散射损耗,以前向光场部分损耗为代价,反馈光场能量被分布式地较强辐射.时域有限差分法仿真研究表明,通过优化弯曲有源波导的结构,相对于通常的有源直波导,在相同的材料增益和输入、输出条件下,反馈可以下降10 dB以上.由此可以简化高增益半导体光放大器的器件结构.     

大功率短波长InAlGaAs/AlGaAs量子点超辐射发光管

为了满足超辐射发光管的短波长应用,采用InAlGaAs/AlGaAs量子点有源区和干法刻蚀工艺制备了短波长弯曲波导超辐射发光管。在1.6A脉冲电流注入下,器件峰值输出功率为29mW,中心波长为880nm,光谱半高宽为20.3nm。比较了干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺对超辐射发光管器件性能的影响。在1.6A脉冲电流注入下,湿法腐蚀制备的器件峰值输出功率仅为7mW。与湿法腐蚀相比,干法刻蚀可以精确控制波导形状和参数,降低波导损耗,有效增大器件输出功率。     

数值模拟二维间隙表面等离子波导传输特性

利用表面等离子激元的新颖特性,设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光,采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明:不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐射泄漏,90°直角弯曲间隙表面等离子波导的能量损耗主要来自于金属中的欧姆热损耗.在间隙达到40 nm以上后,当直行段的长度适当时,弯曲段的透射率较相同长度的直波导的透射率要大.T型光功率分配器在两输出波导的间隙宽度比达到0.6及以上时,不同于传统介质波导的分光原则,能量主要沿等效折射率较小的输出臂流出.当两输入光的相位反相时,T型光开关处于输出截止的状态,当两输入光的相位同相时,T型光开关处于输出导通的状态.所有波导间隙均小于衍射极限,实现了超衍射极限传播,可用于未来了超大规模集成光路中.     

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.     

4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列的设计与制备

设计并制备了一种高集成度、低成本、低损耗4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列。利用BPM软件对交叉结构光波导延迟线的Y分支的损耗、弯曲损耗进行数值模拟。综合考虑器件尺寸和损耗参数,设计交叉型延迟线结构的弯曲半径最小为1 500 μm,引入优化的锥口Y分支结构和垂直相交波导结构。采用标准半导体制作工艺制备器件,测试得到了器件的红外输出光斑,延迟线延迟时间分别为0、113、226和339 ps。4通道二氧化硅延迟线阵列能实现相邻通道相等的延迟时间间隔,且可通过集成实现延迟时间的增加,同时输出端可以与光纤阵列集成。     

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。     

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.     

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.     

小型铌酸锂多功能集成光学器件

为满足小型光纤陀螺对光学器件小体积的要求,对铌酸锂多功能集成光学小型化器件的结构做了分析和优化设计。采用BPM软件分析了Y形分支波导的S形波导损耗与弯曲长度及折射率差的关系。通过调整退火质子交换的工艺参数,增加了波导对光的束缚能力;降低了小型化芯片上S形波导的弯曲损耗;去掉了原有Y形波导的输出端直波导,直接由S形弯曲波导引至输出端,在更短的芯片上得到了更长的弯曲过渡区。设计制作的芯片长度由常规的20 mm减至12.5 mm,封装后的器件长度减小到20 mm,为目前同类常规器件尺寸的2/3。设计制作的器件插入损耗典型值小于2.5 dB,全温损耗变化量小于0.2 dB。     

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.     

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50％,插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB,串扰小于-30 dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87 dB,串扰减小了3.67 dB,1 dB带宽增加0.1 nm,增加了54.7％.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.     

阵列波导光栅平坦化的研究

阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性,给出了结构参量的关系表达式,阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素,阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱,优化了结构参量,总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示,输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50%,插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB,串扰小于-30 dB.最后,本文给出了实验结果,插入损耗减小了0.87 dB,串扰减小了3.67 dB,1 dB带宽增加0.1 nm,增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.     

利用双阶梯波导层对深紫外激光二极管的性能优化

在深紫外激光二极管中,波导层的作用是用来传输并限制光束.传统的深紫外激光二极管存在很强的极化感应电场,这种电场能够降低深紫外激光二极管的光电性能.本文提出了一种新型双阶梯型上波导层(UWG)和下波导层(LWG),可以提高半导体激光器的性能.通过使用Crosslight软件将矩形、单阶梯型和双阶梯型波导层三种不同的结构进行仿真研究,比较三种结构器件的能带图、电子空穴浓度、辐射复合率、P-I以及V-I特性等.结果表明,新型双阶梯波导层结构的应用增加了电子有效势垒的高度,缓解了电子阻挡层的能带弯曲,减小了极化电场的影响,从而提升了该器件的光学和电学性能.     

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...     

辐射与发光 发光与发光器件

IN312．8 2005031617 850 nm超辐射发光二极管=Superluminescent diodes at 850 nm[刊,中]／廖柯(重庆光电所．重庆(400060)),刘刚 明…∥半导体光电．-2004,25(4)．-257-261 设计并制作了一种用于中低精度光纤陀螺系统的850 nm超辐射发光二极管,对器件的波导模式进行了分析,给 出了主要技术参数的设计和测试结果。实验结果表明,器     

平面弯曲波导耦合器的特性分析

根据耦合模理论和弯曲波导耦合器的结构特点,对平面弯曲波导耦合器的特性进行了分析,结果表明弯曲波导耦合器的弯曲半径和最小间距两个可调变量,增加了波导器件设计的灵活性;同时由于等效耦合长度的调制作用使得弯曲波导耦合器在波分复用/解复用中比平行直波导耦合器具有更大的复用带宽;分析了弯曲半径和最小间距对弯曲波导耦合器复用带宽的影响,为实际波导器件的设计制作提供了一定的理论依据.     

不同结构SOI交叉波导的损耗及串扰特性研究

利用高阶Pade近似的2D-BPM算法,对具有不同弯曲半径及交叉角度的SOI弯曲交叉波导的传输特性进行了模拟、分析和深入研究,发现交叉波导的串扰随弯曲半径及交叉角度增大而减小的规律.在此基础上,对由正弦弯曲、余弦弯曲以及圆弧弯曲三种弯曲波导构成的SOI交叉波导的损耗及串扰特性进行了分析比较.结果表明,由正弦弯曲构成的交叉波导传输损耗最小且串扰最小.     

制备工艺对掺杂NaYF4:Er3+,Yb3+发光纳米晶的聚合物光波导放大器性能的影响

制备了NaYF₄：Er³⁺,Yb³⁺纳米晶,表征了纳米晶的形貌,通过物理掺杂的方式将纳米粒子掺杂到SU-8中作为光波导放大器的芯层材料,优化了波导放大器的尺寸,利用旋涂、刻蚀等工艺,在二氧化硅衬底上制备了光波导放大器。实验中用光漂白法和湿法刻蚀两种方法制备光波导放大器,分别给出了两种方法制备的器件的结构、工艺流程、光场模拟结果,并对两种方法制备的器件的放大特性进行了测试。测试结果表明,当980 nm波长的泵浦光功率为241 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时,使用湿法刻蚀法制备的放大器得到2.7 dB的相对增益。当980 nm波长的泵浦光功率为235 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时,使用光漂白法制备的放大器得到4.5 dB的相对增益。根据以上测试结果,分析了两种工艺对器件性能的影响。     

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。