基于多模干涉耦合器的集成热光开关实验研究

报道了一种基于多模干涉(MMI)耦合器的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型2×2集成热光开关的实验研究结果,插损为3.40 dB,偏振相关损耗为0.47 dB,直通和交叉状态消光比分别为32.01 dB和16.42 dB,响应时间小于3 ms,开关功耗为658 mW。针对直通和交叉状态消光比不对称的现象,从理论上做出了解释,因为半导体平面光波电路(PLC)工艺一致性较好,两个多模干涉耦合器的分光比虽然因工艺误差偏离50∶50,但误差量相近,这个特点对光开关直通和交叉状态的消光比产生了不同影响。分析了在波导上制作加热电极对波导有效折射率的影响,估算其增量在2×10-4量级。     

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。     

一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗－0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为－6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗－4.3 dB,开关时间为6.8 μs.     

大学物理综合性实验的创新尝试——金属电阻率的精确测量

设计出了大学物理综合性实验——测量金属的电阻率。该实验用直流双臂电桥测细铜丝的电阻,用光学中的等厚干涉原理测量细铜丝的微小直径,根据电阻定律计算铜的电阻率,是光学、电学的综合实验。测量结果与常用电工手册上铜电阻率值的相对误差小于1.1%。通过实验,能够加强学生对光学、电学以及基本测量知识的综合运用能力,巩固理论知识,提高实验技能。     

热光系数与长周期光纤光栅的温度灵敏度研究

利用受温度影响的光纤的本征方程和相位匹配条件,从理论上研究了长周期光纤光栅(LPFGs)的温度响应特性,给出了LPFGs的温度灵敏度的解析表达式。对利用低模序包层模的LPFG进行了实验研究。结果表明,利用不同包层模的LPFGs具有不同的温度灵敏度。分析了光纤的材料热光系数和模的热光系数的差别。单模光纤导模的热光系数接近纤芯的材料热光系数,而包层模的热光系数比包层的材料热光系数大,模序越大,其值越大。适当调整纤芯和包层的热光系数,并选用不同的包层模,可以得到对温度灵敏或不灵敏的LPFGs。     

Nd:YAG棒中的热光效应计算

激光通过工作物质时所产生的热透镜以及应力双折射两种效应是高功率二极管泵浦激光器(DPL)的设计和优化过程中必需考虑的因素.讨论了采用有限差分光束传播法计算热透镜效应及结合材料的弹光系数矩阵计算应力双折射效应的一般方法,并具体针对长6 cm、均匀泵浦的NdYAG棒,计算了这两种效应对光束的影响.结果表明,由于热透镜的聚焦效应,棒中心的光场振幅在通过棒后增大了6%,棒中心与边缘产生了20个波长的相位差;同时,应力引起的双折射造成了约30%的功率损失.     

利用组合马赫-曾德干涉光路“编织”光学格子

文章在马赫-曾德干涉光路的基础上加入简单修改形成一种组合干涉光路,可以非常方便地获得二维干涉光场。通过改变光路的相关参数,可以"编织"出一些有趣的光学格子,丰富拓展了干涉实验的内容。     

PbS纳米微粒溶胶热光系数dn/dT的测量和光束限制效应研究

利用单光束Ｚ扫描技术测量了ＰｂＳ纳米微粒溶胶的热光系数ｄｎ／ｄＴ和热致折射率ｎ_２，研究了在连续激光源作用下的光限幅效应,并对实验结果进行了分析与讨论. 关键词：     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构.在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃.在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数...     

偶氮染料掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的热光性质研究

本文演示了用阿贝折射仪测定染料掺杂聚合物薄膜热光系数的方法;通过改变掺杂体含量的方法,方便地实现了聚合物体系的折射率控制;通过热光系数的测量,计算了聚合物薄膜的热膨胀系数,并用以解释了聚合物薄膜的热光系数随掺杂体含量增加先增大后减小的实验观察.     

一种热光可调谐级联微环滤波器的理论分析

根据Vernier效应可大幅度提高滤波器自由光谱范围和调谐范围,设计了一种热光可调谐级联微环滤波器. 利用传输矩阵方法和有限元方法从理论上计算了对于第一级微环半径为48 μm,第二级半径为50 μm的级联微环滤波器的自由光谱范围和调谐范围可以达到75.6 nm,而功耗仅为103.1 mW,这是目前为止我们 所知的基于微环谐振腔的硅基热光可调谐滤波器中最大的自由光谱范围和在如此低功耗下最大的调谐范围. 利用有限元方法,还计算了半径为50 μm微环的热光调谐响应时间,上升沿时间为3.5 μs,下降沿时间仅为0.8 μs.     

基于压电陶瓷的光相位调制器的调制系数测量及验证

实现了一种快速简单有效的测量基于压电陶瓷(PZT)的光相位调制器相位调制系数的方法。利用光纤马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪输出光强度与两臂相位差的函数关系,通过3×3解调算法可以计算基于PZT的光相位调制器的相位调制系数。实验中在M-Z干涉仪另一臂加上一个基于PZT的相位调制器以减小系统噪声的影响,并在相位生成载波(PGC)解调实验中作为干扰源。最后通过PGC解调方案解调出了3×3耦合器的第一路输出信号中的干扰信号,实验验证了所测量的结果,表明该方法是行之有效的。     

基于Norland紫外固化胶的热光开关器件

采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶（NOA）制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征,采用感应耦合等离子体（ICP）方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下,长2.2 cm的直波导插入损耗为8.3 dB。在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为11 dB,驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,测得开关器件的上升时间为1.085 ms,下降时间为489.5μs。实验结果表明：NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。     

光纤马赫-曾德尔干涉法测量极化聚合物的电光系数

报道了用光纤马赫曾德尔干涉法测量极化聚合物电光系数的方法和原理。该方法不仅可以测量聚合物薄膜的电光系数而且可以测量聚合物波导的电光系数,并且该方法可以同时测量聚合物的电光系数张量元r13和r33。该方法最突出的优点是不必在聚合物薄膜的表面制备第二个电极,因此尤其适合于在电光聚合物试制阶段测试聚合物的电光系数。干涉仪的输出被反馈到参考臂中控制相位偏置点的压电陶瓷,从而实现对干涉仪相位偏置点的闭环控制,因此降低了对环境稳定性的要求并且提高了测量精度。实际测试了极化聚合物薄膜PMMA-DR1的电光系数张量,其测量值r13=8.3 pm/V,r33=25.7 pm/V。     

硅基矩形结构马赫-曾德2×2热光开关的设计与仿真

高速光开关是实现光传输路径变换的关键器件之一.对于目前马赫-曾德型光开关本身占据的尺寸较大或者在一维方向上尺度较长的缺点,提出了一种利于高度集成的矩形马赫-曾德2×2光开关单元结构.器件由基于受抑全内反射原理的沟槽型微纳分光/合光器和90°弯曲波导的L型参考/相移臂两者构成,极大地减小了由此构成的马赫-曾德光开关器件的尺寸.利用硅的热光效应,举例设计了开关器件的L型相移臂上升50℃实现π相移时需要的总长度约为84μm.同时采用有限元法分析得到在NiCr金属电极加热器上施加电压3.5V时,可以使相移臂内的脊波导层上升温度约为50℃;模拟了介质覆盖上包层不同SiO2厚度时的时间响应特性,选用上包层SiO2厚度为0.5μm时得到器件上升时间35μs、下降时间48μs的开关速度.最后使用Rsoft FullWAVE软件模块时域有限差分法仿真验证了热光开关器件的开关功能.设计的硅基矩形结构马赫-曾德2×2热光开关的平面尺寸为56×38μm2.器件具有高效紧凑的特点,使其布局配置易于向二维方向扩展,并潜在应用于硅基高密度光子集成回路及片上光互连系统.     

热光的高阶双缝干涉

干涉效应反映了光场的相干性, 非相干光源中无序性会破坏干涉. 然而对于高阶干涉来说这一看法并不成立. 文章作者最近的理论和实验研究表明, 横向传播方向无序的热光源可以实现高阶双缝干涉. 尽管单个探测器的强度分布是均匀的, 处于不同位置的两个探测器的联合强度关联却出现了干涉条纹. 当两个探测器同步反向移动时, 条纹间距减小为一阶干涉条纹的一半. 实验结果同不久前报道的在自发参量下转换过程中产生的纠缠双光子对的双缝实验中所观察到的亚波长干涉效应十分类似. 实验结果可以用多模热光场的二阶空间关联性质来解释. 热光的高阶双缝干涉是著名的Hanbury-Brown和Twiss实验的空间干涉版本, 因此也可称其为Hanbury-Brown和Twiss型双缝干涉.     

热光的高阶双缝干涉

干涉效应反映了光场的相干性,非相干光源中无序性会破坏干涉.然而对于高阶干涉来说这一看法并不成立.文章作者最近的理论和实验研究表明,横向传播方向无序的热光源可以实现高阶双缝干涉.尽管单个探测器的强度分布是均匀的,处于不同位置的两个探测器的联合强度关联却出现了干涉条纹.当两个探测器同步反向移动时,条纹间距减小为一阶干涉条纹的一半.实验结果同不久前报道的在自发参量下转换过程中产生的纠缠双光子对的双缝实验中所观察到的亚波长干涉效应十分类似.实验结果可以用多模热光场的二阶空间关联性质来解释.热光的高阶双缝干涉是著名的Hanbury-Brown和Twiss实验的空间干涉版本,因此也可称其为Hanbury-Brown和Twiss型双缝干涉。     

一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关集成器件的设计

设计了一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关的集成器件.利用Rsoft软件设计并模拟了多模干涉热光开关的性能,可实现输出光场强度随电极加热温度变化.设计了螺旋结构的延迟线阵列,利用BPM软件对螺旋结构波导进行数值模拟,综合考虑器件尺寸和损耗参量设计出螺旋结构的弯曲半径.将延迟线阵列结构与热光开关进行集成,能够实现热光控制的聚合物延迟线阵列,该器件可实现的最大延迟时间为399.4ps,延迟间隔为9.2ps.以SiO2为下包层,SU-8紫外固化光刻胶为波导芯层,聚甲基丙烯酸甲脂为上包层,采用旋涂、光刻、湿法腐蚀等工艺制备了1×4延迟线阵列与MMI热光开关的集成器件,测试得到了延迟线阵列的近红外输出光斑,插入损耗为15~19dB.     

溴的光电离和辐射复合——平均原子模型速率系数与细致组态速率系数

根据原子自洽场理论(即DCA)，计算了溴原子各种电离度各个壳层的DCA约化光电离截面.与AA模型的平均电子轨道约化光电离截面进行比较，总结出其内在规律.在AA的约化光电离截面的基础上，可以得到电离度分辨的DCA约化光电离截面；进而可以得到细致组态的光电离和辐射复合速率系数.为精密地描述非局域热动平衡(n-LTE)等离子体提供必要的基础. 关键词： 光电离 速率系数 平均原子模型     

基于光-电-热-寿命理论的LED寿命预测模型

LED的输出光通量、输入电功率、结温以及寿命之间互相影响、紧密联系。在设计、使用LED时需要综合考虑各个参数才能使LED工作在最佳状态。针对LED提出了光-电-热-寿命理论,该理论揭示了LED的输出光通量、输入电功率、结温以及寿命这4个参数之间的内在联系。使用该理论可以建立LED寿命预测模型,找到LED的输出光通量和寿命之间的关系式,根据该关系式可以预测LED的寿命,评估LED的可靠性。由此可以找到合适的LED工作点,兼顾LED输出光通量和LED寿命,实现LED在全生命周期内输出光通量最大,从而达到优化LED工作状态的目的。