LaF3:Er,Yb纳米颗粒掺杂有机/无机杂化材料制备光波导放大器及特性研究

采用LaF3:Er,Yb纳米颗粒掺杂有机/无机杂化材料作为有源材料,制备了掩埋条形结构光波导放大器,研究了放大器在室温下的增益特性和波导中的频率上转换现象. 当抽运功率60 mW时,波导中明显可见绿色上转换发光,观测到Er3+从2H9/2,2H11/2,4S3/2,4F9/2到基态4I15/2跃迁分别对应的4个波长分别为405nm, 520nm, 544nm和650nm的发射峰,分析了其产生机理. 当输入信号光0.6mW,抽运功率160 mW时,在1535nm波长处获得1.5 dB/cm的相对增益.     

Er3+,Yb3+共掺磷酸盐玻璃沟道波导放大器

在自行研制的Er3 ，Yb3 共掺磷酸盐玻璃基质上用离子交换方法制作出沟导光波导放大器。在110mW的抽运功率下(抽运光波长为980nm)，在1．8cm长的器件上获得了3．8dB的小信号(信号光波长为1．55μm)增益，单位长度上的增益为2．1dB／cm。     

掺杂LaF3∶Er,Yb纳米颗粒的有机无机复合型平面光波导放大器的制备及增益测试

采用油酸修饰的铒镱共掺氟化镧纳米颗粒掺杂的有机-无机杂化材料做为光波导放大器的有源层,同时采用光学性质良好的甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物制作光波导的上下包层,首先说明了芯层材料不能刻蚀制备传统矩形波导的原因,其次设计了一种倒脊结构的平面光波导放大器,并采用蒸镀铝掩膜、紫外光刻和反应离子刻蚀等工艺,制备出放大器的样品,同时对样品端面进行了化学机械抛光处理,在信号光（1 550 nm）功率为1 mW的条件下,在1.9 cm长度的波导上获得了3.2 dB的相对增益.     

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。     

140 GHz带状注弯折波导SU-8工艺与传输特性(英)

对140 GHz 带状注弯折波导的色散特性和耦合阻抗进行了仿真。CST微波工作室的仿真表明该波导在140 GHz时,波导内电磁波的轴向相速度为0.227c,且140 GHz频率附近色散特性平坦。波导的耦合阻抗在140 GHz时为5 左右。CST粒子工作室注波互作用的仿真结果表明该弯折波导在140 GHz处的功率增益为24.6 dB。该弯折波导带状电子注的设计保证了该波导的加工工艺与MEMS微加工工艺兼容。通过SU-8 UV-LIGA工艺实现了对该波导的微型加工。测试结果表明该波导的反射损耗S11与插入损耗S21分别为-28 dB和-1.2 dB。实测的输出功率增益达到23 dB。测试结果和仿真结果的一致性表明该弯折波导设计的合理性,同时也验证了多步SU-8 UV-LIGA工艺可以实现对该波导的高精度加工。     

140 GHz带状注弯折波导SU-8工艺与传输特性(英)

对140 GHz 带状注弯折波导的色散特性和耦合阻抗进行了仿真。CST微波工作室的仿真表明该波导在140 GHz时,波导内电磁波的轴向相速度为0.227c,且140 GHz频率附近色散特性平坦。波导的耦合阻抗在140 GHz时为5 左右。CST粒子工作室注波互作用的仿真结果表明该弯折波导在140 GHz处的功率增益为24.6 dB。该弯折波导带状电子注的设计保证了该波导的加工工艺与MEMS微加工工艺兼容。通过SU-8 UV-LIGA工艺实现了对该波导的微型加工。测试结果表明该波导的反射损耗S11与插入损耗S21分别为-28 dB和-1.2 dB。实测的输出功率增益达到23 dB。测试结果和仿真结果的一致性表明该弯折波导设计的合理性,同时也验证了多步SU-8 UV-LIGA工艺可以实现对该波导的高精度加工。     

镱铒共掺Al2O3光波导放大器的净增益特性

将中频磁控溅射方法沉积制备的镱铒共掺Al2O3薄膜刻蚀成矩形截面、直线通道的光波导放大器.测量了净增益与抽运功率的关系,结果表明：净增益随抽运功率近似线性增加,阈值抽运功率为18 mW;抽运功率为68 mW时,长2.24 cm 的光波导放大器净增益为8.44 dB.数值模拟结果显示,相同抽运功率下的净增益为10.6 dB.     

掺铒聚合物光波导放大器的数值分析

针对掺铒聚合物光波导放大器(EDWA),提出了一种基于Douglas离散格式改进的有限差光束传播法(FD-BPM)的数值计算方法。对每一传输步长结合多能级速率方程计算出EDWA中光场传输强度分布,及掺铒光波导放大器的增益传输特性。设计并研究了掺铒聚合物通道波导和Y形分束器的放大增益特性。在掺铒聚合物直波导中,Er3 浓度为9.0×1025ions·m-3,输入信号和泵浦光功率分别为1μW和2mW,其增益为1.6dB/cm;在掺铒聚合物Y形分束器中,输出信号光分束比相等,并能实现无损耗分束。     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃(LGS-L)波导放大器设计

就作者自行研制的Er3 + Yb3 + 共掺磷酸盐玻璃 (LGS L) ,用重叠积分方法进行放大器设计。在Er3 + 、Yb3 + 掺杂浓度分别为 1.5 1× 10 2 6ions/m3 、19.1× 10 2 6ions/m3 的情况下可获得 2 .6dB/cm的增益 ;Er3 + 掺杂浓度为2× 10 2 6ions/m3 时 ,在 4cm的器件上可获得超过 15dB的增益。此外 ,讨论了信号光和抽运光光场强度的横向分布与Er3 + 、Yb3 + 横向掺杂浓度分布之间的重叠对放大器增益的影响 ,放大器的最佳长度 ,以及在 980nm抽运下 ,Yb3 + 、Er3 + 掺杂浓度比对放大器增益的影响。     

偏振无关多模干涉型1×3光功分器的设计

设计具有宽带性能的偏振无关1×3光功分器,采用离子辅助沉积方法调节三明治结构芯层SiN_x的折射率,使得正交偏振模的拍长相等而实现偏振无关;梯形多模干涉波导与锥形波导的组合可实现器件宽带宽、低损耗及良好的分光均匀性。运用有限时域差分法进行建模仿真及参数优化,结果表明:器件的多模干涉波导长度仅为13.2μm,附加损耗低于0.07 dB,不均匀度低于0.03 dB,0.5 dB带宽高达255 nm,可覆盖S、C、L、U以及部分E波段,在未来集成光学系统中具有较高的应用价值。     

利用51微米激光器测量中红外光波导损耗(英文)

一种新型的采用AlGaAs材料设计制成的光波导显示了其在中红外激光器方面的应用。波导部分包含在两个GaAs的包层之间,两个包层的掺杂材料限制光场在波导中传播并且降低损耗。三个不同长度的波导经过切入式测量得到它们的内部传播损耗为1 5dB/cm和耦合损耗为9dB。所采用的中红外激光器的波长是5 1μm,输出功率在45毫瓦以上。从光波导输出的光功率只有几个毫瓦。     

140GHz带状注弯折波导SU-8工艺与传输特性（英文）

对140GHz带状注弯折波导的色散特性和耦合阻抗进行了仿真。CST微波工作室的仿真表明该波导在140GHz时,波导内电磁波的轴向相速度为0.227c,且140GHz频率附近色散特性平坦。波导的耦合阻抗在140GHz时为5Ω左右。CST粒子工作室注波互作用的仿真结果表明该弯折波导在140GHz处的功率增益为24.6dB。该弯折波导带状电子注的设计保证了该波导的加工工艺与MEMS微加工工艺兼容。通过SU-8UV-LIGA工艺实现了对该波导的微型加工。测试结果表明该波导的反射损耗S11与插入损耗S21分别为-28dB和-1.2dB。实测的输出功率增益达到23dB。测试结果和仿真结果的一致性表明该弯折波导设计的合理性,同时也验证了多步SU-8UV-LIGA工艺可以实现对该波导的高精度加工。     

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.     

光电集成与器件

从信号光及泵浦光在波导内的模式分布出发,提出了一种新的重迭因子的分析方法,对1 480 nm波段泵浦的掺饵光波导放大器(EDWA)进行了研究。探讨了光波导截面面积对EDWA增益的影响,得出了波导获得最大增益的波导截面面积范     

掺铒聚合物狭缝波导放大器的增益特性研究

设计了一种高浓度稀土铒掺杂聚合物填充硅狭缝结构的平面光波导放大器（工作波长1 550 nm,泵浦波长1 480 nm）,能够在低泵浦下获得高增益,可以应用于硅基光互联的损耗补偿。通过扫描电镜照片观察发现,合成的铒掺杂聚合物材料具有良好的纳米狭缝填充能力。考虑铒离子的合作上转换和激发态吸收,利用铒离子四能级跃迁模型,建立原子速率方程和光功率传输方程,数值仿真分析了聚合物光学性质、狭缝波导结构参数及信号光泵浦光功率等放大器增益特性的影响因素。这种具有纳米截面尺寸的光波导放大器,获得4.5 dB的信号光相对增益仅需要1.5 mW的泵浦光,展现了良好的集成光学应用前景。为了进一步提高增益,引入了多层狭缝结构,四层狭缝波导的重叠积分因子比一层狭缝的高42%。     

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。     

硅-有机物材料混合电光调制器的优化设计

设计了一种基于绝缘上层硅的硅-有机物材料混合马赫-曾德干涉型高速电光调制器.利用光束传播法对顶层硅为220nm的绝缘上层硅基片上的3dB分束器/合束器的结构参数进行模拟,优化后附加损耗仅为0.106dB.为提高模式转换效率,在条形波导和slot波导之间设计了模式转换器,光耦合效率高达98.8%,实现了光模式高效转化.利用时域有限差分法模拟了slot波导平板区掺杂浓度对波导内光学损耗的影响,在几乎不产生光学损耗的情况下,得到平板区轻掺杂浓度为71017/cm3,调制器设计总损耗为0.493dB.利用薄膜模式匹配法对slot波导结构进行仿真分析,考虑slot区等效电容及平板区等效电阻对带宽的影响,优化后得到slot波导结构的限制因子为0.199.采用slot波导与强非线性有机材料LXM1结合的绝缘上层硅平台实现了强普克尔效应,得到电光调制器半波电压长度积为1.544V·mm,电学响应3dB带宽为137GHz.     

D波段功率放大器设计

基于0.13 m SiGe BiCMOS工艺, 研究和设计了一种D波段功率放大器芯片。该放大器芯片用了四个功率放大器单元和两个T型结网络构成。功率放大器单元采用了三级的cascode电路结构。低损耗的片上T型结网络既能起到片上功率合成/分配的功能, 又能对输入输出进行阻抗匹配。对电路结构进行了设计、流片验证和测试。采用微组装工艺将该芯片封装成为波导模块。小信号测试结果表明:该功放芯片工作频率为125~150 GHz, 最高增益在131 GHz为21 dB, 最低增益在150 GHz为17 dB, 通带内S22小于-7 dB, S11小于-10 dB。大信号测试结果表明:该功放模块在128~146 GHz带内输出功率都大于13 dBm, 在139 GHz时, 具有最高输出功率为13.6 dBm, 且1 dB压缩功率为12.9 dBm。     

D波段功率放大器设计

基于0.13 m SiGe BiCMOS工艺, 研究和设计了一种D波段功率放大器芯片。该放大器芯片用了四个功率放大器单元和两个T型结网络构成。功率放大器单元采用了三级的cascode电路结构。低损耗的片上T型结网络既能起到片上功率合成/分配的功能, 又能对输入输出进行阻抗匹配。对电路结构进行了设计、流片验证和测试。采用微组装工艺将该芯片封装成为波导模块。小信号测试结果表明：该功放芯片工作频率为125~150 GHz, 最高增益在131 GHz为21 dB, 最低增益在150 GHz为17 dB, 通带内S22小于-7 dB, S11小于-10 dB。大信号测试结果表明：该功放模块在128~146 GHz带内输出功率都大于13 dBm, 在139 GHz时, 具有最高输出功率为13.6 dBm, 且1 dB压缩功率为12.9 dBm。     

1.55μm AlGaInAs-InP偏振无关半导体光放大器及其温度特性研究

采用低压金属有机气相外延 (LP MOCVD)设备生长并制作了 1 5 5 μmAlGaInAs InP偏振无关半导体光放大器 ,有源区为 3周期的张应变量子阱结构 ,应变量为 0 35 % ;器件制作成脊型波导结构 ,并采用 7°斜腔结构以有效抑制腔面反射 ;经蒸镀减反膜后 ,半导体光放大器的自发辐射功率的波动小于 0 3dB ,3dB带宽为 5 0nm ,半导体光放大器小信号增益近 2 0dB ,带宽亦为 5 0nm .在 1 5 30— 1 5 80nm波长范围内偏振灵敏度小于 0 5dB ,峰值增益波长的饱和输出功率达 7dBm ;器件增益随温度的升高而减小 ,当器件工作温度从 2 5℃升高至 6 5℃时 ,增益降低小于 3dB .