多通道声光偏转选址开关

本文报道1×N多通道声光偏转选址开关的研究.由 Ti 扩散 LiNbO₃波导上两个短程透镜和一个倾斜 chirp 叉指换能器构成的集成光学声光偏转器,在两端分别对接一根和N根单模光纤时,用作多通道选址开关,在换能器带宽为200MHz,对1.3μm波长,可实现N=24;带宽增加到500MHz,可达到N=64,在波长为0.633μm的 He-Ne 激光下进行的实验和理论符合.     

1.5 μm Ti:LiNbO3电光波导强度调制器

用钛内扩散技术和常规光刻手段,研制出1.5μmLiN_bO₃电光波导强度调制器。它由单模波导非对称Mach-Zehnder干涉仪和三电极共平面波导组成。干涉仪的两个臂长相差波导波长的四分之一,使器件在最佳线性点工作,无需外加电偏压。集总调制和行波调制的理论带宽分别为1GHz和7.8GHz。对于集总器件,测量了调制特性,半波电压为9.5V,调制带宽为0.7GHz。     

波导厚度变动、偏振变动以及折射率变动脱敏高分子宽带耦合器设计

针对高分子光波导在制造工艺中波导芯厚度难以控制、芯层和包层的折射率差变动时的随机性以及材料各向异性引起的偏振态依赖性等实际问题,提出了采用抗波导芯厚度误差、抗折射率差变动和抗偏振变动的宽带波导耦合器回路结构的解决方案,给出了设计的理论和方法。在实测数据的基础上,进行了带宽为120nm的3dB氟化聚酰亚胺波导耦合器设计。由该器件的三维BPM仿真结果表明,在上述带宽上,波导芯厚度的变动范围为7～8μm、相对折射率差变动范围为0 24%～0.30%,两个正交偏振态都具有(50±2.0)%功率输出比的良好特性。     

具有调制功能的多模干涉型1×3分束器

提出了利用量子约束斯塔克(Stark)效应制作具有调制功能的多模干涉型1×3分束器的设计思想,并详细分析了这种光分束器的工作原理。根据理论计算结果,制作了具有调制功能的多模干涉型1×3分束器。分束器的脊型多模波导长度为275μm,宽度为10μm,波导层采用GaAs/AlGaAs多量子阱结构,厚度约为0.2μm;电极采用共面波导结构。首先用有限差分光束传播法模拟了器件的光波传播特性,然后进行了初步的实验验证。理论模拟和实验结果表明,波长为0.86μm的高斯光束对称入射到多模波导的中心,器件实现了3分束功能;施加3 V的直流偏压,器件的调制深度达90%以上、调制带宽为2 GHz,实现了电吸收调制功能。     

低阈值极化电压玻璃光波导电光效应的研究

采用热极化技术对掺锗玻璃条形光波导进行极化,通过光纤连接 (单模) 的Mach Zehnder Interferometer 系统测量条形波导内诱导出的电光效应,系统地研究了大气环境下极化条件(极化温度、极化时间、极化电压)对电光效应的影响.结果表明:在最佳极化条件下(406℃、-2.4 kV、20 min),波导内的电光系数为r_TM=0.059±0.001 pm/V, r_TE=0.053±0.001 pm/V,且波导结构中存在一个较低的阈值极化电压(100 V)和阈值极化温度(80℃),此时在波导样品内仍能被激发出可观察的电光效应;实验还发现采用负极化诱导方式产生的电光系数较正极化提高15%左右.     

一种定向耦合器型高聚物光开关设计

本文提出了一种基于定向耦合器型的高分子聚合物波导光开关设计,其突出特点是极低的波长相关性和耦合区几何尺寸敏感度,可采用橡胶成型工艺(Rubber Molding Process)实现高聚物波导在硅基底上的快速转印成型.利用BPM方法进行了器件的波导结构设计及性能模拟,插入损耗为0.4-0.6 dB,串扰<-32 dB,偏振相关损耗约为0.08 dB,电光系数r33＝14 pm/V时,器件的开关电压为42 V.     

高速光学模数转换器的分析

详细分析了由x切LiNbO3干涉式共面波导行波调制器阵列构成的模数(A/D)转换器，包括其研究进展。采用保角变换方法分析了梯形共面波导电极参数(包括电极厚度、缓冲层厚度与中心电极和接地电极的边沿倾角β1，βg)与转换器的带宽、损耗、特征阻抗和驱动功率的关系。β1=βg=10°，电极厚度为3μm时，4位A/D转换器的工作带宽为7.3GHz，所需驱动功率为6.7W。数值仿真结果表明，采用梯形共面波导调制器阵列设计分辨率适中的高速A/D转换器是可行的。     

对偏振变动和膜厚变动脱敏的高分子波导宽带耦合器

针对高分子光波导制造工艺中波导芯厚度的均匀性难以控制,以及材料较大的折射率各向异性引起的偏振态依赖性的实际问题,提出了采用抗波导芯厚度误差、抗偏振变动的宽带波导耦合器回路结构的解决方案,并给出了优化设计的理论和方法.在实测了含氟聚酰亚胺薄膜的色散特性的基础上,采用该方法做了中心波长为1550 nm、带宽为120 nm的3 dB含氟聚酰亚胺波导耦合器设计.该器件的三维BPM仿真运行结果表明,在上述带宽上,波导芯厚度变动在7～8 μm的范围内,两个正交偏振态均可实现(50±1.0)% 功率输出比的良好特性.     

偏振脱敏高隔离度高分子波导分波器设计

提出了一种新的高分子波导分波器结构,用以改善波长串扰以及偏振变动、波长带宽等引起的劣化影响.主要技术特征是采用两支参量不同的波导来构成非对称定向耦合器.报告了用非对称定向耦合器构成的马赫-泽德尔干涉型波导分波器的结构特点、基本工作原理和光学特性,详细讨论了器件的设计原理和器件性能优化的处理方法.采用三维波束传播法做了仿真验证,结果表明,该器件在1 550±5 nm和1 310±5 nm的波长带域上、对两个正交偏振态均实现了串扰小于－40 dB的高隔离度分波特性.     

1.3μm偏振无关半导体光放大器单片集成模斑变换器

用金属有机化学气相外延生长并制作了 1.3μm脊型波导偏振无关半导体光放大器集成模斑变换器 ,器件有源区为同时采用压应变量子阱和张应变量子阱的混合应变量子阱结构以获得TE和TM偏振模式的增益平衡 ,模斑变换器采用一种新型脊型侧向锥形波导结构 ;集成模斑变换器的半导体光放大器远场发散角为 12°× 15° ,接近圆形光斑 ,与平头标准单模光纤耦合损耗为 - 2 .6dB ,在水平和垂直方向上的 - 1dB耦合对准容差分别为± 2 .3μm和± 1.6 μm ;在 2 0 0mA偏置电流下 ,半导体光放大器小信号增益近 2 4dB ,在 12 80～ 1340nm波长范围内偏振灵敏度小于 0 .6dB。     

基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器的设计

设计了一种基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO_3的电光效应,波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化,从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响,以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短,耦合器长度越长,则耦合器的带宽越窄,耦合效率调谐范围也越大.此外,谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小,而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94μm、长度为3.52cm的耦合器进行仿真,结果表明,谐振波长灵敏度为26.2pm/V,3dB带宽可达4.5nm,当外加电压从0变化到200V时,谐振波长变化5.24nm,耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.     

多层准光波导漏模的观测

本文提出了一种新的测量多层光学薄膜参数的方法。利用玻璃载物片夹一层水再夹一层酒精构成了含有两层准光波导薄膜的多层薄膜结构。观察并测量了这两层准光波导的m线,得到了薄膜的光学参数。薄膜折射率的测量误差为±1×10~(-3),薄膜厚度的测量误差为±0.1μm。     

利用金属贴片电磁带隙结构在金属波导中创建准横电磁波

为解决准横电磁(TEM)模波导工作带宽较窄的问题,提出采用金属贴片电磁带隙(EBG)结构在金属波导中创建准TEM波.通过理论分析和数值计算,研究金属贴片EBG结构创建准TEM波导对展宽带宽、改善传输特性和增强准TEM波电场分布均匀性的作用.模拟结果表明,在频率14 GHz附近,金属贴片EBG将TE₁₀模成功转换成准TEM模,转换带宽达到1.7 GHz,且在波导横截面83.9%的面积上电场分布均匀性达到84.7%. 关键词： 电磁带隙 金属贴片电磁带隙结构 磁导体 准横电磁模波导     

新型超快速三角波脉冲电路的研究

本文讨论了一种新型三角波脉冲发生器,此脉冲发生器是由雪崩晶体管作为开关器件,产生出的三角波脉冲半宽度为3.5ns,上升时间最快达2ns,幅值为±1300V,电路的延迟时间为8.3us。     

聚合物2×2定向耦合型电光开关

设计并制作了一种聚合物2×2定向耦合型电光开关.针对溶胶-凝胶法合成的有机/无机杂化电光材料膜厚较薄的情况,采用一种加载条形波导结构,利用掺有环氧丙脂的聚甲基丙烯酸甲脂-甲基丙烯酸缩水甘油脂作为引导层,在电光薄膜上构成定向耦合器,通过紫外光刻、反应离子刻蚀、电晕极化等工艺,制备了聚合物定向耦合型电光开关,并采用共面波导行波电极以电推挽方式工作.经测试,其器件损耗约为16 dB,开关电压9 V.     

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.     

含氟聚酰亚胺光波导120 nm宽带耦合器的抗温度变动设计

提出一种适合于宽带光波导耦合器的抗温度变动的优化设计理论和方法。使用该理论和方法 ,在 1490～16 10nm带域上 ,对含氟聚酰亚胺光波导做了宽带光波导 3dB耦合器的抗温度变动设计。器件经三维波束传播法模拟运行验证 ,结果表明 ,在 12 0nm带宽上 ,从零下 10℃至零上 40℃的温度变动中 ,器件实现了 ( 0 .5 0 0± 0 .0 0 7)功率输出比的良好特性。同时报道了含氟聚酰亚胺薄膜波导的制备工艺及其温度特性和色散特性的测试。     

0.14THz基模多注折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决THz行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管.首先,获得了基模多注折叠波导色散特性的等效传输线计算模型,并与数值模拟结果进行了比较;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,通过模拟和理论计算完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析.电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128—153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W.对比同条件下基模单注折叠波导行波管,3 d B带宽提升了1倍,0.14 THz处输出功率增大了9.66倍,互作用效率增大了3.22倍;当增益相同时,多注方式的互作用长度较单注缩短了33%.该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短更紧凑.     

高性能SOI基GePIN波导光电探测器的制备及特性研究

本文报道了在SOI衬底上外延高质量单晶Ge薄膜并制备高性能不同尺寸Ge PIN波导光电探测器.通过采用原子力显微镜、X射线衍射、拉曼散射光谱表征外延Ge薄膜的表面形貌、晶体质量以及应变参数,结果显示外延Ge薄膜中存在约0.2%左右的张应变,且表面平整,粗糙度为1.12 nm.此外,通过暗电流、光响应度以及3 dB带宽的测试来研究波导探测器的性能,结果表明尺寸为4μm×20μm波导探测器在-1 V的反向偏压下暗电流密度低至75 mA/cm~2,在1.55μm波长处的响应度为0.58 A/W,在-2 V的反向偏压下的3 dB带宽为5.5 GHz.     

用准光波导方法测量聚合物薄膜光学参数

本文报道用准光波导方法测量了沉积在棱镜底面上的聚苯乙烯和聚醚砜薄膜,确定了这两种聚合物薄膜的折射率和薄膜厚度.并用偏振光测定了其双折射.薄膜折射率测量误差为±1×10~(-3),薄膜厚度测量误差为±0.01μm.