基于光栅辅助微环结构的高斜率Fano谐振器

在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的Fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度.提出了一种基于光栅辅助微环结构的Fano谐振器.该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环内加入两组波导光栅结构实现Fano谐振.基于传输矩阵理论,推导了该谐振器的传输谱线,并分析了...     

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。     

基于微环谐振器的非接触式电流传感器

提出一种以Fe3O4磁性纳米粒子为包层的微环谐振器的集成光波导电流传感器,阐述了其基本原理和制备方法.被测电流所产生的交变磁场,会使得Fe3O4纳米粒子产生能量损耗,温度发生变化,从而导致光波导折射率发生改变.通过监测微环输出谐振波长的漂移量可实现电流传感.为了实现宽量程、高品质的微环器件,通过有限时域差分法对微环传感...     

输出多线型微环谐振器的研究

为了能够得到洛伦兹线型、Fano线型、类电磁诱导透明和类电磁诱导吸收这4类线型,提出了一种基于FabryPerot(FP)腔的微槽型微环谐振器。该结构在FP腔外侧引入了两个空气孔来提高品质因数。通过改变结构参数和选取不同的波长范围,实现了以上4类线型。采用的模拟仿真方法为时域有限差分法,结合传输矩阵法,对所提结构进行了模拟仿真和参数优化数值模型的建立。仿真结果表明,所提结构的品质因数达到了90112,消光比约为15 dB。     

一维光子晶体槽型微环谐振器及其传感特性

为了使折射率传感器具有高品质因子和高灵敏度,提出一种基于槽型光波导的一维光子晶体微环谐振器。该结构中两种不同状态的光模式在不同的光路上相互干涉而产生Fano共振,这种非对称线型的结构能够获得更高的消光比和品质因子,在折射率传感方面也有更好的灵敏度。采用时域有限差分法对结构进行分析和模拟仿真。仿真结果表明,所提结构的品质因子达到30950,比传统微环谐振器提高4倍以上;消光比为29.08 dB,比传统微环谐振器高出16.89 dB。在折射率传感特性的分析中,所提结构的灵敏度达到344 nm/RIU,比传统微环谐振器提高3倍;灵敏度检测下限为1.4×10^-4 RIU。     

传输矩阵法分析微环谐振器阵列传输特性

微环谐振器可用作未来高密度、超大规模集成光路的基本构件,其重要发展方向之一是多环化、阵列化,微环谐振器阵列近来成为研究的热点。基于定向耦合器、环形谐振腔、直波导腔的基本单元传输矩阵,建立了用于分析微环谐振器阵列传输特性的传输矩阵模型。讨论了列间距对传输特性的影响,并数值模拟了不同尺度的奇数行和偶数行情况下谐振器阵列的传输特性。结合此传输矩阵模型,讨论了通过改变微环谐振器阵列的尺度以及耦合系数以实现滤波特性改善的方案。最后数值研究了最小尺度微环谐振器阵列传输特性与腔间耦合系数的关系。     

损耗对串联双微环谐振器滤波特性的影响

对存在光损耗的串联双微环谐振器的滤波特性进行了研究.在理想耦合条件下,当环间耦合系数确定时,分析了光损耗的大小对主谐振峰的透过率、带宽、形状因子,以及伪模峰值透射率的影响,揭示了光损耗对滤波特性影响的规律.分析结果表明:主谐振峰和伪模的透射率随损耗的增大而下降,环与直波导间的耦合系数随损耗的增大而变小,而带宽和形状因子无明显变化|有损耗时环与直波导间的耦合系数不能过大也不能过小.     

损耗对串联双微环谐振器滤波特性的影响

对存在光损耗的串联双微环谐振器的滤波特性进行了研究.在理想耦合条件下,当环间耦合系数确定时,分析了光损耗的大小对主谐振峰的透过率、带宽、形状因子,以及伪模峰值透射率的影响,揭示了光损耗对滤波特性影响的规律.分析结果表明:主谐振峰和伪模的透射率随损耗的增大而下降,环与直波导间的耦合系数随损耗的增大而变小,而带宽和形状因子...     

垂直耦合结构纳米微环谐振器工艺失准分析

垂直耦合结构纳米微环谐振器是光子集成电路的重要组成单元.主要研究了与其实际制作相关的工艺失准问题.针对高折射率差波导材料垂直耦合结构纳米微环谐振器,先用耦合模理论解析方法研究了耦合系数与直波导和微环波导耦合层厚度d以及横向偏移量△之间的关系,为三维时域有限差分法(3D-FDTD)的精确数值计算确定了模拟范围.之后结合解...     

Compact Optical Add-Drop De-Multiplexers with Cascaded Micro-Ring Resonators on SOI

A four-channel integrated optical wavelength de-multiplexer is experimentally illustrated on a silicon-on-insulator(SOI) substrate. With the aid of cascaded micro-ring resonators, the whole performance of the wavelength demultiplexer is improved, such as 3 dB bandwidth and channel crosstalk. Based on the transform matrix theory, a four-channel wavelength de-multiplexer with average channel spacing 4.5±0.5 nm(3 dB bandwidth~2±0.5 nm)is demonstrated at telecommunication bands. For each channel,the extinction at the adjacent channel is below-39 dB and the out-of-band rejection ratio is up to 40 dB. The channel dropping loss is below 5 dB in the five FSR spectral response periods(near 100 nm).     

Design and Fabrication of Polarization-Independent Micro-Ring Resonators

Origin of polarization sensitivity of photonic wire waveguides （PWWs） is analysed and the effective refractive indices of two different polarization states are calculated by the three-dimensional full-vector beam propagation method. We find that PWWs are polarization insensitive if the distribution of its refractive index is uniform and the cross section is square. An MRR based on such a polarization-insensitive PWW is fabricated on an 8-inch silicon-on-insulator wafer using 248-nm deep ultraviolet lithography and reactive ion etching. The quasi-TE mode is resonant at 1542.25nm and 1558.90nm, and the quasi-TM mode is resonant at 1542.12nm and 1558.94nm. The corresponding polarization shift is 0. 13 nm at the shorter wavelength and 0.04 nm at the longer wavelength. Thus the fabricated device is polarization independent. The extinction ratio is larger than 10dB. The 3dB bandwidth is about 2.Snm and the Qvalue is about 620 at 1558.90nm.     

微环谐振腔实现倍频效应的带宽分析

谐振腔能以较低的输入功率获得较高的非线性转换效率,其代价是带宽方面的限制,围绕微环谐振腔实现倍频效应中影响转换效率的因素,分析了耦合系数、折射率变化、相位失配等对转换带宽的影响,讨论了基于AlGaAs的人工双折射微环谐振腔实现基频光波波长为1840 nm时倍频效应的转换带宽.     

串联双微环湿度传感器光谱特性研究

提出了一种基于串联双微环谐振器的新型聚酰亚胺(Polyimide,PI)湿度传感器,采用传输矩阵法和耦合模的理论计算微环谐振器的传递函数,并对比了传统单微环与串联不同半径的双微环的输出光谱特性。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI波导吸收水汽后折射率发生变化,从而引起微环输出光谱发生漂移,通过探测光谱漂移量来测湿度值,得到了串联双微环传感器的灵敏度和测量范围,并且分析了感湿部位不同时谐振器输出光谱特性。理论结果表明：串联不同半径的微环谐振器的自由光谱范围（FSR）要比单微环有所提高,而且串联双微环谐振器整体感湿比单个微环单独感湿的传感性能更优良,可作为最佳的湿敏元件。与传统的单微环传感器相比,串联不同半径的微环结构可提高系统的测量范围和灵敏度,半径为30和50 μm的串联微环谐振器的FSR可达到0.15 μm,传感器测量湿度范围为10%RH～80%RH,灵敏度可达到0.001 7 μm·(%RH)-1。因此串联不同半径的双微环谐振器为制备成本低、结构简单、高灵敏度、可集成的微型湿度传感器件提供一定理论基础。     

Optical Non-Reciprocity in Coupled Resonators by Detailed Balance

Inspired by the photosynthetic energy transfer process, a method to realize non-reciprocal optical transmission in an array of coupled resonators is theoretically proposed. The optical non-reciprocity of the coupled resonators arises from the frequency gradient between adjacent cavities and the interaction with the environment, which is similar to photosynthetic energy transfer. An increase in the frequency gradient or the number of the cavities can lead to better non-reciprocity. However, although a higher environment temperature will increase the total photon number in the coupled cavities, non-reciprocity will be weakened. All these findings can be well described by the detailed balance. The similarity between the noise-induced optical non-reciprocity and exciton energy transfer in natural photosynthesis is revealed by the discovery.     

Design and Performance Analysis of High Speed Optical Binary Code Converter using Micro-Ring Resonator

The present paper describes various attractive logical code conversions using optical micro-ring resonator. We have proposed an all-optical switching activity using silicon waveguide based micro-ring resonator under low-power operation through two-photon absorption effect. The different properties of the optical switch are analyzed through numerical simulation. We have also proposed and described all-optical binary-to-octal, binary-coded-decimal-to-excess-3 and binary-to-Gray-code converter circuits by this proposed architecture. Numerical simulation results for code conversion verifying the proposed methods are given in this paper. We identify a combination of feasible ring radius and detuning through numerical simulation that allows analyzing the system performance of the scheme.     

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.     

基于U型波导耦合单微环结构的高灵敏度湿度传感器

首次提出了一种基于U型波导耦合的新型单微环结构湿度传感器,该传感器以聚酰亚胺(polyimide,P1)作为感湿材料,当外界环境相对湿度变化时,引起感湿部位折射率的相应变化,导致传感器的输出光谱发生漂移。根据传输矩阵法推导U型波导耦合单微环结构的传递函数,重点讨论了不同感湿部位对输出光谱的影响,通过Matlab理论仿真,确定以U型波导耦合单微环结构整体作为最佳感湿部位。当U型波导的两个耦合点间的距离为微环周长的整数倍时,相比于传统的单微环结构,自由光谱范围(FSR)实现加倍。外界相对湿度从10%RH变化到100%RH时,传感器的输出光谱漂移量在0.027～0.191 μm之间变化,灵敏度高达0.001 8 μm/%RH,相比于具有高灵敏度的光纤光栅类湿度传感器,灵敏度提高了10~100倍,实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾谐振峰两侧大范围的滤波选频。     

带高斯镜的热透镜谐振腔的光腔特性及动力学稳定性

建立了带高斯镜的热透镜谐振腔的光学矩阵，分析了谐振腔的稳定性条件及腔内高斯光束的传输特征，通过研究光腔特征参数随热透镜变化的动力学特征，探讨了此类谐振腔的动力学稳定性。