基于锥形渐变不对称耦合的模式复用/解复用器

设计了一种采用锥形渐变不对称耦合结构的模式复用/解复用器,并利用商用的0.18μm互补金属氧化物半导体兼容工艺进行制备.通过控制锥形波导的宽度,基于模式有效折射率匹配原则,实现锥形波导中的基模与多模波导中的高阶模式相互转化.测试结果表明:当器件用于TE0、TE1和TE2三个模式复用与解复用时,在1 530nm到1 570nm波长范围内,串扰低于-8.05dB;而当器件复用与解复用TE0和TE2时,串扰低于-16.43dB.     

用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器

提出一种用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器，该器件为由一个光子晶体Aubry-André-Harper(AAH)谐振腔、一个光子晶体AAH反射腔以及两个光子晶体波导组成的三端口反射腔型光分插复用器。基于耦合模理论建立该结构模型，推导理论谱线并分析决定其传输性能的关键参数，根据理论结果指导基于三维时域有限差分法的仿真设计，得出器件的性能参数。仿真结果表明，该器件可以在1556.2 nm和1555.4 nm的工作波长下实现光波的上/下载功能。光子晶体AAH反射腔和锥形结构减小了光波在主波导上的泄漏和端口处的模式失配损耗，使得插入损耗与各端口串扰分别小于0.51 dB和-29.54 dB。所使用的AAH腔具有高Q值的特性，输出谱线的线宽仅为0.2 nm，尺寸仅为19.35μm×13.33μm。该器件结构紧凑且简单，支持双信道分插复用，易扩展信道，可应用于密集波分复用/解复用器件，在大规模集成的高容量光通信系统领域中具有重要的应用价值。     

基于波长和模式混合复用的片上光交换网络架构

为有效地提高片上光交换网络的交换容量及规模,提出了一种基于波长和模式混合复用的无阻塞片上光交换网络架构。首先设计了基于微环谐振器的波长和模式混合复用的2×2光开关,并采用Benes拓扑互连成大规模无阻塞的交换网络。此外,通过设计波长和模式选择及复用模块,使所有节点间能够并行传输数据,并支持多播通信。为了验证所提观点,利用Ansys Lumerical仿真平台模拟了一个支持2种模式和4种波长混合复用的16×16光交换网络。仿真验证了所提交换网络能够实现所有节点间多维复用信号的并行数据交换,且16×16网络的最大插入损耗小于2.1 dB,模间串扰小于-18.4 dB,网络最大和最小插入损耗差值小于0.5 dB,证明该交换网络具有良好的公平性。最后将所提结构与传统的基于单波长单模式以及多波长单模式的光交换网络进行对比,证明了所提结构可以在不增加波长成本的情况下提升交换网络的容量及节点的规模。     

光子晶体方形谐振器波分解复用的特性

光通信系统设计中波分解复用器是分离光信号的一种关键部件,用于分离光信号的微型谐振器特性直接关系到波分复用(WDM,wavelength division multiplexing)解复用系统的工作性能。在二维光子晶体中逐步优化设计了基于光子晶体方形谐振器(PCSR,photonic crystal square resonator)的单信道WDM解复用结构,借助于耦合模理论(CMT,coupled-mode theory)定性分析了波导与谐振腔结构的电磁波耦合相互作用,并用时域有限差分法(FDTD,finite-difference time-domain)数值模拟了其结构工作特性。结果表明:基于PCSR设计的单输出端口WDM解复用结构在设计的参数范围中具有单谐振峰、中心波长宽调谐范围(1 501.4 nm~1 591.0 nm)、通带带宽窄(3.3 nm~9.1 nm)的特性。该结构可应用于WDM解复用光通信系统设计和光路集成设计等方面。     

聚合物微型谐振环波分复用器

研制出用于现代光通信密集波分复用（DWDM）系统的微型谐振环波分复用器（MRRWM）。微环与信道波导采用垂直耦合的方式,利用耦合模理论对器件参数进行了优化设计,设计出模板,并研制出符合器件光学性能要求的聚合物材料。利用反应离子刻蚀技术完成了硅基板上单级和八级的器件制作,波分复用器的中心波长为1．55μm,输出波长间隔Δλ=1．6nm,中心微环半径R=131．95μm,相邻微环半径差ΔR=500．0nm,器件测试结果表明实现了微环谐振输出。     

基于夹层结构的偏振无关1×2定向耦合型解复用器的设计

提出一种基于夹层结构的偏振无关1×2定向耦合型解复用器,用于分离1310 nm和1550 nm两个波长.通过合理选择夹层结构芯区的折射率及波导间隙,可以调节同一波长两个正交偏振模的耦合长度相等,实现偏振无关;通过合理选择夹层结构波导宽度,可以使两个波长分别从不同输出波导端口输出,实现解复用功能.运用三维有限时域差分法进...     

硅基槽式微环谐振腔型偏振解复用器全矢量分析

提出一种紧凑型偏振解复用器, 其中两条常规硅基波导作为输入/输出信号通道, 居于其中的槽式微环谐振腔用于偏振态/波长选择组件. 采用全矢量频域有限差分法详细分析了硅基常规及槽波导的模式特性, 结果发现其横磁模的模场布及其有效折射率相似, 而其横电模相应的特性则差异明显, 结果输入横磁模能够在谐振工作波长下从下路端口输出, 而输入横电模与微环耦合可以忽略, 直接从直通端口输出, 从而实现两偏振态的高效分离. 采用全矢量时域有限差分法详细分析了该偏振解复用器的光波传输特性, 结果表明, 当微环半径为3.489 μm时, 在1.55 μm工作波长下, 横磁模与横电模的消光比与插入损耗分别为 ～ 26.12 (36.67) dB与 ～ 0.49 (0.09) dB. 另外, 论文详细讨论了器件关键结构参数的制作容差, 并给出了输入模场在器件中的传输演变情况.     

槽型相移布拉格光栅微环谐振器及其传感特性

为实现高灵敏度及高品质因数的折射率传感特性,设计了一种基于槽型相移布拉格光栅的微环谐振器结构。该结构由槽型直波导内嵌相移布拉格光栅耦合单实波导微环构成。结构中离散态光模式与连续态光模式相互干涉产生了Fano共振。利用传输矩阵法量化谐振器中各部分的光场分布,分析系统的传输原理。采用时域有限差分法对提出的器件结构进行仿真模拟,并对结构物理参数进行优化。模拟结果表明该结构的品质因数达到25 729,比传统微环谐振器提高了3倍以上,消光比为18.65 dB,高出传统微环谐振器6.46 dB,折射率灵敏度达到122 nm/RIU,且该谐振器结构简单。所提出的结构在传感应用中具有一定的优势。     

基于磁光效应的二维三角晶格光子晶体模分复用器

随着全光通信的快速发展, 波分复用传输系统已不能满足高容量光网络的需求, 而模分复用技术利用有限的稳定模式作为独立信道传递信息, 可以成倍地提高系统容量和频谱效率, 是构建未来光网络的关键技术之一. 本文基于掺Bi复合稀土铁石榴石的磁光效应, 设计了1.55 μm波段的二维三角晶格光子晶体模分复用器. 在该光子晶体结构中引入缺陷, 形成模式分束波导, 通过外加磁场改变其在不同偏振模式下的磁导率, 从而控制TE, TM模式的传输, 实现了1.55 μm波段的模分复用. 利用平面波展开法和时域有限差分法对此模分复用器进行了能带和传输特性分析, 结果表明: TE和TM模式的透射率均高于92%, 信道隔离度分别为19.7 dB和42.1 dB. 这些特性在未来的大容量光传输系统中有着重要的应用前景.     

聚合物波导微环谐振器的无热化设计

从波导微环谐振器的谐振方程出发,推导出了波导微环谐振器的无热化条件和谐振波长温度依赖特性表达式,分析了硅衬底PSQ聚合物波导微环谐振器滤波功能的温度特性。通过选择合适的聚合物衬底来取代传统的硅衬底,可极大地减小聚合物波导微环谐振器的温度敏感性,给出了聚合物衬底选择的方法。研究结果表明,所设计的全聚合物波导微环谐振器,在温度从20～65℃范围内谐振波长漂移量最大值为-0.0085 nm,温度依赖波长漂移率最大值为-0.00090 nm/K,实现了无热化。     

微环谐振腔加速度传感器光谱特性研究

为满足加速度传感器微型化、低成本的需求,提出了一种带有单微环谐振腔的悬臂梁式光学加速度传感器结构,采用耦合模和传输矩阵理论求取了微环谐振器的传递函数,利用检测同一波长处光强度变化的新测量方法实现了对加速度的探测,从而得到了加速度传感器的灵敏度和探测极限,深入研究了不同结构参数对系统灵敏度的影响,数值仿真并分析了输出端口的光谱特性。结果表明：加速度传感器在外界加速度作用时,悬臂梁在应力的作用下会发生弯曲,使得固定在悬臂梁上的微环谐振器发生形变,即微环谐振器的长度和折射率都发生了变化,从而光在微环谐振器中的传输特性发生变化,因此可以通过探测微环输出端光场强度的变化来测定加速度值;悬臂梁的长度、厚度以及微环谐振腔的固定位置都是影响加速度传感器性能的直接因素,并且选择最佳的结构参数可以有效地提高系统灵敏度和精度。经过数值仿真,对于信噪比为30 dB系统,波长在1.515 μm处,悬臂梁的长度、厚度分别为180和3 μm时,系统的灵敏度可达到2.112 g-1,探测极限为1.421×10-3 g,因此在悬臂梁可承受的范围内,选取长度较长的悬臂梁结构能够有效地改善系统的灵敏度和探测极限。该结构为制备高灵敏度、低成本、易于加工的加速度传感器及可嵌入式微型光学器件提供理论基础。     

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.     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

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。     

可编程控制的全光磁调谐多路上／下载复用器

研制了一种新型的用于WDM全光网的全光型上/下载复用器，由一对相同的光纤环行器、串接其间的可调谐光纤Bragg光源、WDM复用器和解复用器构成。其中光纤Bragg光栅是用紫外光直写方式在普通单模光纤上制成。讨论了该利用器的工作原理、结构设计、性能和特点。利用磁极间磁场力使光纤光栅产生显著的波长偏移。用可编程磁 极调控光栅的波第偏移。其信道波长调谐速度快，装置无需外加能源即可保持信道波长的偏移。给出了其性能测试结果。信道波长间隔0.8nm，上/下载信道插入损耗1.5dB，通过信道插入损耗2.0dB，上/下端口隔离度30dB，串扰小于-30dB，可调谐信道波长范围6.0nm。其特点是结构简单，可靠。可实现信道波长再利用，从而提高网络的灵活性。     

内嵌矩形金属块纳米圆盘结构等离子体多通道波分复用器研究

提出了一种内嵌矩形金属块纳米圆盘结构,利用该结构形成的法布里-珀罗腔来加强表面等离激元的耦合作用。该结构具有窄带宽高品质因子的滤波性能,可通过多腔耦合形成多通道波分复用器。采用时域有限差分方法讨论有无内嵌矩形金属块和金属块的横纵向宽度及耦合距离对强透射现象的影响,并根据其透射特性实现多通道波分复用器。研究发现,当圆盘谐振器内嵌矩形金属块后,滤波器具有较好的强透射现象,其半峰全宽显著降低,品质因子增加;通过耦合多个内嵌矩形金属块圆盘谐振器构建的等离子多通道波分复用器,可实现双通道及三通道解复用功能,各信道共振波长可通过谐振腔内嵌的金属块参数来调整,传输效率可达到70%,最小插入损耗为1.549dB,平均工作范围为189nm,且不存在相邻信道串扰。这说明该结构具有较好的解复用分频特性。     

光子晶体耦合缺陷波导两通道解波分复用器

提出了一种新型两通道光子晶体解波分复用器.首先使用平面波展开法分析了耦合缺陷波导的特性.接着对双耦合缺陷波导之间的耦合效应进行分析.然后,利用耦合效应设计了一种高效的解波分复用器,使用有限时域差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并计算出了电场分布图.仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1 266nm和1 311nm两种光波的解波分复用.由于耦合缺陷波导具有更小的群速度,此种结构较基于线缺陷波导耦合的解波分复用器具有更小的耦合长度,从而减小了系统的体积.     

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。     

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.     

一种通带平坦的粗波分复用/解复用器件的研制

随着粗波分复用(CWDM)系统在城域网和接入网中日益广泛的应用,人们对粗波分复用／解复用器的研究也逐渐展开。报道了一种8通道波长间隔为20nm的粗复用／解复用器。该器件基于阵列波导光栅(AWG)原理设计,利用平面光波导技术(PLC)制作,采用多模干涉输入结构和“S”形阵列波导结构,实现了较宽的通带宽度和较低的串扰。实验测得1dB带宽大于10nm,相邻串扰大于24dB,非相邻串扰大于32dB。介绍了其设计原理和制作过程,给出了光束传播法(BPM)数值模拟结果,并和实验结果进行了对比。