集成马赫-曾德尔热光耦合器的可调谐振环优化设计

根据耦合模理论,推导出可调谐光波导谐振环的光强和相位传递函数的表达式,并分析了可调谐谐振环的传输特性.结果表明,谐振环中集成的马赫-曾德尔耦合器的参量设定和调谐方式直接影响谐振环的谐振频率移动范围和调制功率.通过改变耦合器参量对谐振环进行优化设计,在中心波长为1550 am附近,谐振环半径2 cm,传输损耗0.08 dB/cm的情况下,实现了清晰度和最佳谐振深度的调谐,谐振频率的移动范围低于0.027 GHz,降低了谐振环对频率调制器的调频要求,同时降低了耦合器的调制功率.     

一种级联马赫-曾德尔滤波器设计的新方法

级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器可实现平顶化的滤波器频谱响应,但是利用传统的传输矩阵法。并不能方便地得到级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器中各耦合器的耦合系数。将级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器与数字信号处理中的有限脉冲响应滤波器进行了类比,并将数字滤波器的设计方法引入到级联马赫—曾德尔干涉仪滤波器的设计中,将滤波器的传输函数表示成为各耦合器耦合系数的显式函数,同时利用遗传算法,计算了对于给定的滤波器频谱响应,级联马赫—曾德尔干涉仪光滤波器中各耦合器的耦合系数。通过实例证明了利用数字滤波器的设计方法及遗传算法设计级联马赫—曾德尔干涉仪光滤波器,不仅可以得到理想的结果,而且可以提高光滤波器的设计效率。     

微环谐振腔集成波导光延时线研究

从波导微环谐振腔的光场传输函数出发,推导出其延时响应函数,分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响,发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线必须工作于过耦合状态,即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据,建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法,获得了目标延时为0.6 ns,延时带宽为2 GHz,延时抖动品质因子小于1×10~(-3)ns~2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。     

单环和双环微环谐振腔应用于马赫-曾德尔干涉仪滤波器的特性分析

将微环谐振腔应用于普通马赫-曾德尔干涉仪滤波器中,构成一种新型滤波器,用信号流程图法推导了其输出端传递函数,并对其输出结果进行了模拟.结果表明:该滤波器能输出透过率近似平顶和平底的矩形方波,自由光谱范围达111GHz,消光比达10.2dB.和普通的马赫-曾德尔干涉仪滤波器相比,自由光谱范围、消光比、精细度都显著提高.改变微环谐振腔和马赫-曾德尔干涉仪滤波器的组合方式,得到更多的输出波形.讨论了各项参量对器件输出性能的影响.     

基于半带数字滤波器的马赫-曾德干涉仪型波长交错滤波器的设计

为了改善常规马赫-曾德干涉仪型波长交错滤波器的性能,并降低光学滤波器设计过程的复杂性,将多个环形谐振腔耦合到常规马赫-曾德干涉仪的两个干涉臂上,从而可利用环形谐振腔的全通特性对光信号进行相位调制.利用数字滤波器与光学滤波器之间的相似性,将半带数字滤波器与光学波长交错滤波器相结合,设计出频谱具有对称性、通带平坦度高、精细度接近1、隔离度大于30dB的波长交错滤波器.分析表明:当微环耦合器的耦合比在10%范围内波动,或者微环的损耗系数大于0.7时,滤波器的隔离度始终高于25dB;在器件的中心波长附近,色散值接近于0.证明了所设计滤波器能够较好地适用于现有的波分复用系统.最后将多个双环谐振腔和单环谐振腔同时引入马赫-曾德干涉仪型滤波器,利用半带数字滤波器设计方法进行参数设计,计算结果表明:由双环和单环组成的复合结构的滤波器比仅仅采用多个单环的滤波器的隔离度提高约10dB.     

基于对称结构的光纤谐振环辅助马赫曾德尔干涉仪型梳状滤波器的研究

为了改善常规马赫曾德尔干涉仪(MZI)型滤波器的输出特性, 提出了一种由双耦合器和单模光纤构成的“8”字形谐振环,将该光纤谐振环与一个3 dB光纤方向耦合器相结合,利用光纤谐振环反馈回路引入的相位调节效应,选择合适的谐振环耦合角,设计出一种基于对称结构的光纤谐振环梳状滤波器,具有平坦滤波响应的输出光谱。与普通MZI型梳状滤波器和双级级联MZI型梳状滤波器相比,阻带抑制和过渡带滚降特性明显加强;与不对称结构的光纤谐振环辅助MZI型梳状滤波器相比,在考虑传输损耗的情况下,相干涉的两束光信号不存在幅度差异,降低了传输损耗对梳状滤波器消光特性的影响。     

基于周期极化反转铌酸锂光波导高速非归零码到归零码的转换

研究了基于周期极化反转铌酸锂光波导级联二阶非线性效应实现非归零码到归零码高速全光码型转换的新方案,使用的是马赫-曾德尔干涉仪结构.转换原理是非归零码信号光在级联倍频和差频过程中受到的放大作用引起马赫-曾德尔干涉仪的不平衡,进而通过干涉相消产生归零码信号光输出.首先从耦合波方程出发,数值模拟了非归零码到归零码码型转换过程.然后分析了波导长度、光功率、相对时延对消光比的影响并对码型转换进行了优化设计.最后分析了转换带宽,模拟计算表明信号光在90nm的3dB带宽内可调谐,进而可以实现多信道的同时转换. 关键词： 码型转换 级联倍频和差频 周期极化反转铌酸锂 马赫-曾德尔干涉仪     

基于微环谐振器阵列与马赫-曾德尔干涉仪的反射型滤波器性能分析

理论分析了一种将微环谐振器阵列与马赫-曾德尔干涉仪(MZI)相结合实现的反射型滤波器结构。将此结构类比为两类四端口网络级联模型,利用传输矩阵法推导出其通用函数形式,并给出单环及三环结构下的能量反射系数具体公式。通过传输函数矩阵模拟计算了取不同耦合系数值情况下的反射谱形变化,给出了原因分析及讨论。并模拟了引入传输损耗对三环结构谐振峰反射率的影响。数值结果表明:适当选取直波导与微型环以及微型环间耦合系数幅值时,此结构能够作为反射型滤波器件应用于密集波分复用(DWDM)系统,也可实现激光器反射镜面的功能;由于传输损耗增加而引起的谐振峰反射率下降程度依赖于所选取的耦合系数值。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

基于量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪的低频信号测量

利用低频光通信波段真空压缩态光场可实现基于光纤的量子精密测量.本文利用简并光学参量振荡器实验制备出1550 nm低频真空压缩态光场.在分析频段10—500 kHz范围内压缩态光场的压缩度均达3 dB.用实验制备的1550 nm真空压缩态光场填补光纤马赫-曾德尔干涉仪的真空通道,实现了量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪,完成了突破标准量子极限的相位调制频率为500 kHz的低频信号测量.与光纤马赫-曾德尔干涉仪相比,测量信噪比提高了2 dB.     

二维光子晶体全光异或门的设计及研究

分析了二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的传输特性,将二维光子晶体波导、环形腔和马赫-曾德尔干涉仪有效结合,提出了一种基于二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的异或门设计。用平面波展开法分析二维光子晶体能带结构,并用时域有限差分法验证光信号在该器件中的电场稳态分布。结果表明,该结构能够实现异或逻辑,且具有高逻辑对比度7.88 dB,快速响应周期0.388 ps和高传输速率7.87 Tbit/s;并且该器件结构尺寸仅为13 μm×14 μm,易于集成。该异或逻辑结构中引入了二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪,使得光子晶体逻辑门结构的设计更加多样,并为二维光子晶体半加器与全加器的设计提供了基础,具有重要的研究意义。     

马赫曾德环腔相位调制器的研究

为提高相位调制器的调制效率,结合单直波导光学环腔与带反馈的马赫曾德,提出用环形谐振腔等效为马赫曾德的上、下臂的新结构.采用耦合模理论推导了该模型的输出相位及归一化光强输出公式,数值分析了传输损耗因子、耦合角度对归一化输出光强及输出相位的影响.分析表明,输出光相位谱线随敏感环相位改变呈周期性变化,当耦合角度逐渐增大时,输出光相位谱线变尖锐,此时若要使输出相位产生π的相位差,敏感环的相位调制角度需较大.当传输因子较小时,相位谱线变化比较平缓,其最大值与最小值之间的差值不满足π的相位差.根据分析结果对结构参量进行优化,发现通过调节敏感环结构的耦合系数可以提高调制效率,仿真结果表明,当敏感环相位变化0.1π时,可以输出π的相位变化,同时归一化光强保持在0.9,满足了差分相移键控所需要的相位变化和信号幅度一致的要求,为进一步研究相位调制器提供理论依据.     

基于眼型谐振腔的Fano谐振曲线尖锐度的分析

为了获得较大的尖锐度,提升微环传感器的灵敏度,提出利用眼型谐振腔结构在下路端输出的非对称Fano谐振光谱,眼型谐振腔由一个外环和内环构成,外环与总线波导耦合,内环与外环耦合.利用传输矩阵法对下路端输出光谱进行了数值计算,在不同剩余电场比例系数下,发现非对称Fano谐振峰的尖锐度随电场剩余比例系数的增大而增大;改变外环与总线波导间的场强耦合系数和内环与外环之间的场强耦合系数,其尖锐度的最大值随外环和内环场强耦合系数变化缓慢增大,尖锐度最大值处谐振点传输系数值在不同电场剩余比例系数和内外环场强耦合系数下稳定在-6dB附近.因此利用眼型谐振腔结构下路端的Fano谐振峰,可获得对耦合系数不敏感的尖锐度和谐振点传输系数,降低器件对耦合区加工准确度的要求.     

一种包含非线性光学效应的硅基微环稳态模型

微环谐振器是集成光学中的关键器件,它的实际滤波特性会受到输入光功率的影响,但长期以来,微环谐振器的稳态模型仅包含线性光学作用。考虑微环谐振器反馈波导中的光学非线性引入的损耗和相移,以及微环耦合器中光学非线性引入的耦合比改变等因素,推导了考虑自相位调制、双光子吸收和热光效应的微环谐振器的非线性模型。重点讨论了双光子吸收和光学非线性引入的耦合器耦合比改变对微环谐振器陷波深度的影响,仿真结果表明,在热光效应和自相位调制产生谐振谱线频移的同时,功率相关的耦合器耦合比的改变对微环谐振器陷波深度的影响较大。     

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.     

基于三环辅助Mach-Zehnder干涉仪的带宽可调滤波器设计（英文）

设计了一种基于绝缘体上硅的具有大带宽调谐能力的紧凑型可重构光滤波器。该装置由三个微环辅助马赫-曾德尔干涉仪构成,利用硅的热光效应可以控制微环谐振器的相位,进而同时调节滤波器的带宽和中心波长。用时域有限差分法对器件的性能进行了仿真,仿真结果表明,带宽的调谐范围为1.4～10.6 nm,占自由光谱范围的11.5%～85%;阻带消光比大于20 dB,通带损耗为0.4～0.7 dB,器件尺寸为40μm×60μm。     

微环耦合谐振光波导中的色散控制模型与数值仿真

本文利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导的色散关系,讨论了耦合损耗、传输损耗及耦合系数对微环耦合谐振光波导色散的影响,改变耦合损耗、传输损耗及耦合系数可控制其色散曲线的形状、位置、以及带宽,色散曲线的变化及控制对微环耦合谐振光波导在滤波、光信号延迟及缓存等方面的应用有重要意义. 关键词： 光波导 微环光波导 传输矩阵法     

基于半导体材料微纳波导全光逻辑门的研究进展

全光逻辑门是全光计算以及全光信号处理系统中关键的光子器件.随着互补金属氧化物半导体(COMS)工艺的发展,基于半导体材料微纳波导全光逻辑门已经成为集成光学领域中的重要方向;尤其是硅基光子集成器件在近些年成为了国际研究热点.文章主要对基于绝缘体上的硅(SOD)和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料不同波导结构(马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)微环谐振腔和条形波导结构)的全光逻辑门的研究进展进行了介绍,并且在器件的工作速率和功耗方面,分别对上述基于SOI和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料三种不同波导结构的全光逻辑门进行了分析和比较.     

马赫-曾德尔结合矩形环谐振腔的超紧凑光滤波器

基于微环构成的滤波器,因其具有较大曲率半径以及窄带宽等缺陷,提出一种马赫-曾德尔结构结合矩形环谐振腔的高效紧凑光滤波器。器件结构均由基于受抑全内反射原理的沟槽型微纳光子耦合器和基于全内反射原理的90°弯曲波导构成。采用状态空间表示法和时域有限差分法对器件的品质因数、传输特性等参数进行了计算和仿真。状态空间表示法对比了不同耦合系数及损耗系数对滤波特性的影响;利用时域有限差分法仿真得到在反射系数接近穿透系数时,呈现出的通带和阻带带宽不等的非对称波长交错滤波效果,在反射系数远大于穿透系数时,滤波器品质因子约为3120,并获得在25μm×8μm面积下自由光谱范围高达50.6 nm的特性。该器件提高了在单片光子集成回路中的集成度且具备二维方向布局配置及扩展的能力。     

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。