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.     

超紧凑聚合物五端口光路由器的分析模拟

构建了一种五端口聚合物光路由器,由于四种不同半径的交叉耦合双环谐振器的谐振作用,该器件可完成二维平面内对四个信道波长的定点路由功能。由于聚合物材料和左右覆层材料具有较大的折射率差,四种微环的半径可小至14μm,波导模式振幅弯曲损耗小于10-4 dB/cm。当不同信道波长沿不同端口输入时,得到了波长与路由链路的关系。计算结果表明,各信道波长沿各路由链路的插入损耗为0.03~0.62dB,各路由链路on端口和其他off端口的最大串扰小于-39dB,器件的尺寸约为626μm×495μm。与已报道的硅光路由器相比,该聚合物器件具有相似的微环半径和封装尺寸,且由于零静态功耗、低串扰、低损耗和处理工艺简单、价格低廉等优势,该器件在光片上网络中具有潜在的应用价值。     

聚合物微环电光开关的模拟和优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个完善合理的聚合物微环电光开关的器件模型,并给出了可用以分析微环谐振过程的光强传递函数,据此在谐振波长1 550 nm下对该器件进行了模拟和优化.结果表明：微环波导芯截面尺寸为1.8×1.8 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.1 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.16 μm,光绕微环转300 圈即可形成稳定的谐振状态,此时的谐振时间约为147.4 ps.不加电压时,下信道的插入损耗约为0.8 dB,上信道的串扰约为－26 dB;当取工作电压等于19.7 V为开关电压时,上信道的插入损耗约为0.34 dB,下信道的串扰约为－20 dB.     

聚合物微环谐振器电光开关阵列的优化与模拟

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型.该器件由N-1个微环和N条平行信道构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N条信道的开关功能.以7微环8信道结构为例,在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟.结果表明,微环波导芯的截面尺寸为1.7μm×1.7μm,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为8.1 V左右,插入损耗约为0.23～4.6 dB,串扰小于-20 dB.     

一种带有U形波导的交叉信道单微环电光开关

本文利用耦合模理论,电光调制理论和传输矩阵法,提出了一个带有U形波导的交叉信道单微环电光开关的器件模型,并在谐振波长为1561 nm的情况下对该器件进行了仿真计算.结果表明,该电光开关的开关电压约为400 V,串扰小于-30 dB,插入损耗小于4 dB,开关时间仅为5.4 ps,其中微环上的上升和下降时间仅为0.32 ps.此外,该电光开关由单刀双掷开关控制,通过在微环和U形波导上加载驱动电压可实现三种开关状态,不仅可以实现光信号在两条输出信道的选择,还可以使两条信道同时有光信号输出.     

聚合物微环谐振波分复用器传输特性的理论分析

根据耦合模理论,给出了1×N信道微环谐振波分复用器(MRRWM)的光强传递函数通用公式,并分析了微环谐振波分复用器的传输特性。利用参量优化结果,在中心工作波长约为 1.55μm、波长间隔约 5.6 nm的情况下,对1×8信道硅基聚合物微环谐振波分复用器进行了数值模拟。计算结果表明,该器件具有以下优良的性能:分波光谱准确,自由光谱区约为18 nm,对于半径10μm以上的微环弯曲损耗很小,且器件的插入损耗主要由波导的传输损耗决定,振幅耦合比率为0.2时对应的每条竖直输出信道的插入损耗在0.57 dB以下,信道间的串扰小于-18.5 dB,输出谐振峰3 dB带宽可达0.25 nm,最小背景光的强度约为3.8×10-4。     

1×N信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N+1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是:微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67～1.26 dB,串扰小于-20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰.     

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.     

聚合物定向耦合电光开关的模拟和优化

阐述了定向耦合电光开关的基本结构及工作原理,利用耦合模理论和电光调制理论,在1 550 nm波长下,对器件的结构参量进行了优化,并对其传输光谱、开关电压、插入损耗、串扰等特性进行了分析.模拟过程中,考虑了因金属电极和聚合物材料引起的模式损耗.器件的结构参量优化值为：波导芯截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.5 μm、电极厚度为0.15 μm,波导间的耦合间距为2.0 μm,相应的耦合长度为2 926 μm.模拟结果表明,本文所设计的器件在开关转换电压0和17.4 V下,在1 534到1 565 nm的波长范围内,器件的插入损耗小于0.16 dB,串扰小于－20 dB,耦合区在2 734~3 120 μm范围内,器件的插入损耗小于0.22 dB,串扰小于－20 dB.     

1×|N 信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N＋1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是：微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67~1.26 dB,串扰小于－20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

波导侧壁起伏对聚酰亚胺波导光学梳状滤波器串扰特性的影响及其改善方法

提出了一种结构模型来分析由工艺引起的波导侧壁起伏对于聚合物波导光学梳状滤波器的滤波特性的影响。含氟聚酰亚胺高分子聚合物制备多级马赫一曾德尔串联型光学梳状滤波器件的工作参量为中心波长1550nm,波长间隔为0．8nm,40通道的波长交错分离。模拟计算：表明,对由高分子聚合物材料制备的多级马赫-曾德尔串联型光学梳状滤波器件,其主要影响是增大了信道之间的串扰,中心波长1550nm处的信道串扰由理想情况下的-40dB降为-12dB,极大地影响了器件的性能。在此基础上,提出一种改善光学梳状滤波器串扰性能的新结构,该结构由多级马赫-曾德尔耦合器和微环共振滤波器串接构成,40个通道的串扰改善为-0dB以下。     

基于带有模式分离器的微环谐振器的波长-模式混合复用系统

在微环谐振器耦合区添加模式分离器,提出一种硅光混合集成的波长复用和模式复用的结构,以解决微环谐振器无法进行模式分离的问题。该微环谐振器的品质因子为3 692,3 dB光学带宽为52 GHz,自由光谱范围为1.03 THz,TE0模式产生的串扰为-11.0 dB,插入损耗低至-0.66 dB。基于此,提出一个双模式输入的发射-接收的模式复用系统。仿真结果显示该系统可以有效分离TE0和TE1模式,且微环具有波长选择能力。系统复用器和解复用器在C波段可以实现超紧凑的波长/模式复用结构。此外,制造公差从-10 nm到+15 nm内滤出端口有大于1 dB的响应,传输端口有小于-20 dB的响应。该微环结构能够同时实现模式和波长选择功能。     

基于波长路由的光真延时模块

设计并制作了一种全集成的基于波长路由的光真延时(OTTD)模块。该模块由两个相同的通道间隔为1.6nm的16×16阵列波导光栅路由器(AWGR)与一组波导延时线阵级联而成。测试结果表明该模块性能优异,工作波长通道间串扰小于-27dB,光纤端到端峰值波长的插入损耗约为12dB。采用矢量网络分析仪测试得到延时线阵提供的光延时步长为(6.24±0.4)ps。该模块中两个阵列波导光栅路由器及延时线阵均被集成在一块硅基片之上,并且都由二氧化硅(SiO_2)波导制作而成,整个器件尺寸为3.5cm×3.5cm。     

聚合物串联耦合双环电光开关的优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个聚合物串联耦合双环电光开关器件模型,在1.55 μm谐振波长下对该器件进行了模拟和优化.结果为：微环波导芯截面尺寸为1.6×1.6 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.6 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,微环与微环间的耦合间距为0.6 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.06 nm,开关电压约为6 V左右,插入损耗约为2.2 dB,串扰约为－20 dB.所设计的双环电光开关较单环型电光开关不仅输出光谱更加平坦陡峭,非谐振光更弱,而且开关电压更低.     

网格结构微环谐振电光开关阵列的特性分析

设计了由N+1条水平通道、N条竖直通道和2 N个微环构成的电光开关阵列器件,并对其传输特性进行了分析.通过在列微环上加载不同的工作电压,实现相应通道的开关功能.以5×4通道8微环结构为例,取波导芯的宽度与厚度均为1.5μm,波导芯与电极之间的限制层厚度为2.0μm,电极厚度为0.05μm,微环与通道之间的耦合距离为0.1μm.当开关电压为8V时,该器件的插入损耗在2.79～4.31dB范围内,串扰在-20dB以下,消光比在12.5dB以上.     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

铒镱共掺微环谐振器的放大特性分析

对铒镱共掺微环谐振器的放大特性进行了理论分析,给出了器件的传递函数和功率增益的公式.在抽运光波长为0.98 μm、信号光中心工作波长为1.55μm的情况下,分析了抽运光功率、信号光功率、铒镱掺杂浓度、微环与信道间的振幅耦合比率对放大器放大特性的影响,给出了上下信道的传输光谱,并对其结构进行了优化设计.模拟结果表明,与同等长度的直条形铒镱共掺波导放大器相比,该器件町获得更高的信号光增益,选取Ppo=8 mW,Pso=36.5μw,NEr=1×1026m-3,NYb=3×1027m-3时,该器件可容易地获得11.6 dB以上共至高达60 dB的信号光功率增益.这种强放大功能的铒镱共掺微环谐振型放大器,将更有利于器件在尺寸上的小型化、集成化.     

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.     

基于石墨烯表面等离子激元波导的同或/异或门

设计了一种基于石墨烯表面等离子激元波导的同或/异或逻辑门,其采用了上下话路型微环谐振器为基本单元。通过调节石墨烯化学势来控制石墨烯表面等离子激元的传输状态,器件的两个不同输出端口同时获得同或和异或逻辑运算结果。仿真分析结果表明:当工作频率为30THz,石墨烯化学势为0.677eV和0.95eV时,基于石墨烯表面等离子激元波导的上下话路型微环谐振器可实现开启与关闭;所构建的同或/异或逻辑门在‘00’、‘01’、‘10’、‘11’四组逻辑操作数下的最差串扰为-10.60dB。