基于嵌入填充层的薄膜铌酸锂-氮化硅电光调制器

提出一种异质集成型薄膜铌酸锂电光调制器,由底部氮化硅波导、中间BCB黏合层、顶部铌酸锂薄膜构成调制区波导结构,调制电极位于铌酸锂薄膜的上部且二者之间填充了低折射率的SiO₂,以利于实现折射率匹配并降低光损耗、微波损耗。进一步利用马赫-曾德尔干涉仪结构,设计了相应的电光调制器,并提出一种倒台阶型薄膜结构,该结构可实现输入、输出波导与调制区波导的高效耦合。对该电光调制器进行行波高速匹配设计,所得器件的半波电压长度积为1.77 V·cm,3 dB调制带宽为140 GHz,且调制区长度仅为5 mm。所提器件结构有望在大带宽薄膜铌酸锂电光调制器设计中发挥优势,助力薄膜铌酸锂光子集成器件的快速发展。     

铌酸锂薄膜调制器的研究进展

铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值,是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展,总结了LN薄膜波导的制备工艺,并深入分析了不同结构调制器的性能。基于SOI和LNOI结构,薄膜调制器实现了V_πL<2 V·cm,双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet,行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器,随着波导工艺进一步提升,将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。     

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。     

Si2N2O基体铌酸锂调制器有限元法研究

提出一种新型基于Si2N2O基体的LiNbO3行波调制器,利用有限元方法对该调制器进行数值分析并获得调制器的优化结构尺寸.该新型调制器带宽达到120 GHz,半波电压为3.5 V,特性阻抗为50.2 Ω.结果表明该调制器具有大的调制带宽和良好的阻抗匹配,在未来光通信中具有很好的应用前景.     

铌酸锂集成光子器件的发展与机遇

铌酸锂,作为应用最广泛的非线性光学晶体之一,近十年来由于薄膜铌酸锂晶圆的出现而再次获得了学术界与产业界的关注.基于薄膜铌酸锂的集成光电子器件的优越性能已在诸多应用中得到演示,例如光信息处理、激光雷达、光学频率梳、微波光子学和量子光学等. 2020年,薄膜铌酸锂器件通过光刻技术在6 in(1 in=2.54 cm)晶圆上的成功制备,推动了铌酸锂加工从实验室逐步走向工业化.薄膜铌酸锂光子器件的研究主要聚焦于利用电光、声光和二阶/三阶非线性效应进行光调制或频率转换;最近三年,掺杂稀土离子还成功赋予铌酸锂增益特性,实现了片上铌酸锂放大器和激光器.本文将简略回顾薄膜铌酸锂的发展过程,着眼于集成光子器件,介绍国内外研究组取得的进展、意义以及面临的挑战.     

基于铌酸锂压电弹光双效应的单晶体弹光调制器

为了克服Kemp型弹光调制器调制效率低、加工工艺困难及体积大等缺点,提出了采用铌酸锂(LiNbO3)晶体压电弹光双效应的单晶体弹光调制器的设计思想;根据压电振动理论和晶体光学原理,分析了晶体各物理量随空间变换的特性,推导了调制电压相位差振幅之间的关系,并对晶体切型和通光方向进行了优化,所设计的晶体尺寸为41 mm×7.7 mm×17.1 mm（x×y×z）,切割角为0°（x切）,通光方向z轴（光轴）,通过在x-z面施加与晶体谐振基频一致的周期性电压,产生沿x方向,频率为73.71 kHz的伸缩振动, 最后通过实验对所设计单晶体弹光调制器进行了验证;实验结果表明,对633 nm激光进行半波调制时,该弹光调制器所需调制电压为1.6 V;与基于钽酸锂(LiTaO3)且未进行切型优化的单晶体弹光调制器相比,调制电压下降了约4倍。     

掺镁铌酸锂晶体结构的研究

通过LiNbO₃：MgO(6.7 mol/kg)晶体在常温和低温下的喇曼光谱分析,研究了掺Mg²⁺后晶体结构的变化情况．研究结果表明,常温下晶格略有畸变,个别的散射峰有耦合现象存在,随温度降低,耦合逐渐减少,但掺Mg²⁺后晶格基本结构并无变化. 关键词：     

铌酸锂薄膜上的非线性频率变换

铌酸锂晶体是一种综合性质优异的多功能光学材料.在过去几十年里,对铌酸锂晶体的研究一直是光学研究的热点之一.近年来发展起来的绝缘体上铌酸锂(LNOI),亦称为铌酸锂薄膜(LNTF),在光学领域被公认为是一项变革性技术.基于LNOI的集成光子器件让铌酸锂晶体又焕发了新生命,再次成为集成光子学的研究焦点.作为最优秀的非线性晶...     

锂铌比对铪铁铌酸锂晶体全息存储性能的影响

以掺杂4mol%Hf4+的LiNbO3:Fe:Hf系列晶体([Li]/[Nb]比变化)为研究对象,研究了系列晶体的可见吸收光谱,在632.8nm的写入光下晶体的衍射效率、灵敏度和抗光散射能力在不同[Li]/[Nb]下的变化规律.研究发现Hf4+的浓度达到阈值浓度后,随着[Li]/[Nb]比的增大,晶体的可见吸收边会发生红移,而且晶格中[Fe2+]/[Fe3+]也会增加,这就导致随着[Li]/[Nb]比的增加,样品的衍射效率逐渐减小,写入时间缩短,灵敏度增大.同时,在晶体中,随着[Li]/[Nb]的增大,陷阱中心Fe2Li+数量增大会使得晶体抗光散射能力减弱.     

Characteristic of a broadband Ti:LiNbO3 optical modulator with buried electrodes and etched grooves in the buffer layer

Traveling wave Ti:LiNbO₃ Mach-Zehnder optical modulators with buried electrodes and etched grooves in the SiO₂ buffer layer are analyzed by the finite element method. The tradeoff between the bandwidth BW and the half-wave voltage Vπ is discussed. The value of BW/Vπ is used to weight the total performance of the modulator. Taking a thick buffer layer and etching deep grooves in the buffer layer are demonstrated as two effective methods to improve the performance of the modulator. A 3-dB optical bandwidth of 18 GHz with half-wave voltage 5V at a wavelength of 1.55 pm could be obtained even though the electrode is not very thick. When the requirement of half-wave voltage is not very critical, a bandwidth of more than 100 GHz can be obtained.     

Design of Metal-clad Ti: LiNbO_3 Polarizer

ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｅｔａｌ－ｃｌａｄＴｉ：ＬｉＮｂＯ＿３ＰｏｌａｒｉｚｅｒＨＵＨ．Ｚ．，ＣＨＥＮＧＧ．（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆａｐｐｌｉｅｄＰｙｓｉｃｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）ＧＥＮＦ；ＳＯＮＧ...     

高增益LiNbO3光参量振荡器

报道一台采用调Q红宝石激光器泵浦的高增益角度调谐LiNbO_3光参量振荡器.最大输出能量和转换效率分别高达50mJ/pulse和19%.该振荡器从1.1444μm到1.7652μm连续可调谐.     

新型高速光发射模块的设计与分析

介绍了用于高速、宽带光纤通信系统的铌酸锂(LiNbO3)光发射模块的优化设计方法。分析比较了半导体器件与铌酸锂波导器件在作为光纤通信光发射模块时的优缺点。对光发射模块的两个主要器件———掺铒铌酸锂(Er∶LiNbO3)波导激光器和LiNbO3电光调制器进行了结构设计和分析。分析和讨论了电光调制器带宽及半波电压随器件主要参数的变化关系。用BPM软件模拟了所设计的模块的结构特征。该发射模块的发射峰值波长为1531nm,调制速率为10Gbits/s。     

Refined modeling of traveling-wave Ti:LiNbO3 channel waveguide modulator

A refined computation model for traveling-wave operation of external electro-optical phase modulators made of a single titanium in-diffused lithium niobate channel waveguide (Ti:LiNbO₃WG) is described. The modulator circuit model outlined as two traveling-wave coupled microstrips includes microwave losses and dispersion. In the optimization procedure, we consider different circuit load conditions. The influence of a dielectric overlay covering the electrodes is examined. The consolidated techniques of conformal mapping, multiple image, and finite element are used to investigate the microwave characteristics of the structure, and the refractive effective index method is used in calculating the characteristics of the diffused anisotropic optical channel. The performances of Y-cut and Z-cut substrate configurations are compared. We have verified that the Y-cut substrate modulator gives the best overall performance, and that the overlay presence causes significant improvements in the evaluated modulation efficiency and in the bandwidth. A model of the modulator that takes electrode thickness into account permits one to obtain a wider bandwidth.     

质子交换LiNbO3波导调制器多模截止波长的测试技术研究

提出并实验了一种采用倒置输入的结构来测定Y分支LiNbO3波导相位调制器的多模截止波长的新方法,模式耦合分析表明,倒置输入的Y分支波导的多模传输的输出功率具有随波长变动发生振荡的特征,该特征可用于定量判定多模截止波长.方法的有效性得到了波束传播法(BPM)仿真和样品实验两方面的验证.     

I型准相位匹配周期性极化铌酸锂倍频蓝光输出

在周期为 14 .5 μm的周期性极化铌酸锂中 ,利用d3 1,得到了一阶I型EωYEωY-E2ωZ (oo-e)准相位匹配蓝光二次谐波。在 15 0℃下 ,由 114 μJ抽运光 ,得到了 5 2 μJ ,0 .4 73μm倍频蓝光 ,对应于平均最大转换效率 4 5 .6 %。制备了一阶和三阶周期分别为 4 .5 μm和 13.5 μm的周期性极化铌酸锂。在EωZEωZ-E2ωZ (ee -e)准相位匹配 0 .4 73μm蓝光倍频中 ,15 0℃下 ,分别得到了 4 1.3%和 19%的倍频转换效率。oo -e准相位匹配比传统的ee -e准相位匹配有较大的光栅周期 ,尤其在短波长区域倍频输出应用中 ,降低了周期性结构制作的困难 ,其较大的容许带宽在实验中提高了频率转换效率。实验结果表明了在周期性极化铌酸锂中准相位匹配倍频的偏振相关性。     

SBN:60晶体的电光诱导光波导及其调制器

本文首次报道了在SBN:60(Sr_(0.6)Ba_(0.4)Nb_2O_6)单晶上观察到DC(直流)电光诱导光波导的形成,以及当反转上述DC极性时光由电极间隙下低折射率区折向衬底的现象,并根据上述现象演示了一种不同于以光相位调制为基础的新的低压高调制度的电光光强调制器。     

掺铒铌酸锂晶体的上转换发光

首次报道了掺铒铌酸锂晶体的频率上转换发光效率和该晶体的全吸收谱、绿光发射上能级＾４Ｓ３／２态的荧光寿命，以及其与温度变化的关系等，并讨论了上转换发光的机制及实现其激光运转的可能性。     

Collinear acoustooptical interaction in annealed proton-exchanged LiNbO_3 waveguides

The performances of the proto-exchanged(PE) LiNbO_3 waveguides as a key ele-ment of acoustooptical deflector or spectrum analyzer were distinctly improved after anneal-ing.In this paper,reasons for the improvement are analysed by applying the theories of modecoupling and multilayer waveguides,so as to provide a theoretical basis for further improve-ment of the performances of the devices.