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。     

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。     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微...     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰.     

基于硅基微环的光双二进制

基于硅基微环光调制器,利用Optisystem协同Matlab仿真,实现了10Gbit/s光双二进制信号的产生,并分析了光源的线宽和中心波长、光纤传输距离以及高斯窄带滤波器的带宽对10Gbit/s光双二进制系统性能的影响.仿真结果表明:该光双二进制系统对光源的线宽和中心波长敏感;在误码率为10-9量级时,实现无误码传输的最大距离为60km,且高斯窄带滤波器的最佳带宽为8GHz.     

基于聚合物的橄榄球形光学微谐振器

利用苯二甲酸丙二醇酯(PTT)聚合物微米线从生物相容性聚合物材料聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中提拉制备得到直径为10～300μm的橄榄球形光学微谐振器。将波长为532nm的绿光和波长为671nm的红光分别耦合到最大直径为94.7μm和68.3μm的橄榄球形微谐振器,观察了其谐振特性。利用1549～1552nm的连续光源对直径为94.7μm的橄榄球形微谐振器进行了光学性能测试,测量了其吸收光谱。观察到明显的回音壁模式吸收峰,测得其品质因子为1.05×105。     

一种基于金刚石多层波导结构微环谐振器的仿真分析

提出了一种以金刚石新型材料为芯层的单微环谐振器模型.谐振器的纵切面采用五层脊形波导结构,中间一层设定为金刚石,上下两侧分别是SiO_2和As_2S_3,即As_2S_3-SiO_2-金刚石-SiO_2-As_2S_3.设置操作波长为1550 nm,依据耦合膜理论和微环谐振理论,利用Comsol软件仿真模拟了单直波导纵切面、直波导和环形波导耦合区的纵切面以及微环在谐振波长为1543 nm时的场强分布,及直波导和环形波导耦合区间距改变时微环的场强分布和传输特性.在此基础上,依据传输矩阵法讨论了微环的品质因数、耦合系数变化对输出光谱的影响,并对微环损耗进行了讨论.结果表明:以金刚石为芯层的微环谐振器具有良好的光学特性,本结构在谐振波长为1543 nm时谐振峰值达到了-12 dB以上,品质因数达到了1.54×10~5,在耦合系数为0.01时,自由光谱范围约为40 nm.     

一种新型TNLCD光学模型及其应用

提出一种型LCD光学模型并采用计算机模拟,应用液晶显示屏电极显露问题的量化分析,成功地解释了有关现象,并提出相应的解决方法,且获得印证。     

一种基于深刻蚀的硅基周期波导微腔

研究了一种基于深刻蚀的硅基周期波导一维光子晶体微腔,采用时域有限差分(FDTD)方法对设计的微腔结构进行了模拟分析;讨论了深刻蚀对微腔品质因数的影响,计算表明采用深刻蚀可有效地保持高Q值并能保证微腔的机械强度。采用电子束光刻(EBL)结合感应耦合等离子体(ICP)刻蚀制作了绝缘硅(SOI)的周期波导微腔,使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对器件形貌进行表征,观察到深刻蚀的衬底二氧化硅高度约为80 nm。通过波导光栅耦合光纤输入宽带光源信号对微腔器件进行光学表征,传输光谱测试表明该深刻蚀微腔器件Q值达5×103,插入损耗小于-2 d B。该深刻蚀的硅基周期波导微腔可用于集成光传感器和片上波分复用滤波器等应用。     

一种新型高灵敏度光学微环湿度传感器

提出了以聚酰亚胺（PI）为感湿材料的三耦合点单微环新型湿度传感器。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI微环谐振特性发生变化,最终通过谐振波长的漂移量确定湿度值。讨论了不同部位感湿时系统的传感特性,并且选择了最佳湿敏元件。数值模拟结果表明：与传统的单微环传感器相比,新型传感器具有较高灵敏度和测量范围,Through端口的自由频谱范围可提高3倍。三耦合点单微环谐振器整体结构可作为最佳湿敏元件,该传感器在10%RH~80%RH相对湿度范围内,灵敏度可达到0.98 nm/%RH,该结构为制备高灵敏度可集成微型湿度传感器件提供了一定的理论依据。     

基于硅基液晶微显示立体投影光学引擎的设计

从平衡两路图像对比度的角度,采用双硅基液晶(LCoS)芯片设计了一种实用的微型立体投影光学引擎。光学引擎中双LCoS芯片分别用于调制左右眼的图像,一个白光LED作为投影光源,两个标准的MacNeille偏振分光棱镜(PBS)用于产生两路偏振方向相互垂直的高偏振度光束。整个引擎设计简单,结构紧凑,其尺寸约为105mm×28mm×25mm。测量了本设计中光学引擎的各部件的实际参数值,根据所测量的数据通过理论计算得到:左右两光路的对比度完全平衡且均为64…1,光效率均为3.61%,整机的光通量为20lm。     

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...     

基于微环谐振腔的可调谐硅基反射腔镜

针对片上光互连用光源对谐振腔单色性、可调性的要求,基于互补金属氧化物半导体技术和绝缘衬底上的硅材料,设计并制作了一种基于微环谐振腔的可调谐硅基反射腔镜。利用转移矩阵方法分析了该反射腔的性能,发现该反射腔具有较好的尖锐度和消光比。实验结果表明,该反射腔在波长1549nm处反射率可达90%,品质因素Q值为3×104,自由光谱范围(FSR)为9.6nm。通过对微环谐振腔进行热光调制,在0~40.5mW功率范围内实现了在FSR内的波长可调。     

一种简单实用的光学滤波器

根据空间滤波特点,在普通单缝上增加两对挡光片,使之成为一种实用的光学滤波器。     

一种新的方向滤波器组及其在图像去噪中的应用

通过将二维棋盘形滤波器对和二维余弦调制滤波器组相结合,构造了具有方向和频率选择性的新的方向滤波器组。本文中,我们首先设计了具有45度和135度方向的二维棋盘形滤波器对。通过棋盘形滤波器对,输入图像首先被分解为两幅图像。然后,二维余弦调制滤波器组被分别应用到每幅图像。这种结构等效于一个冗余比为2的方向滤波器组。新的滤波器组具有良好的方向和频率选择性。作为新滤波器组的一个应用,我们把双重局部维纳滤波算法和新的方向滤波器组相结合,提出了一种新的图像去噪算法。实验结果表明：对于具有丰富纹理的图像,提出的算法获得了明显的去噪性能改善。     

一种可调谐的单微环三耦合点的SOI微环滤波器

依据耦合模和传输矩阵理论,设计了一个新型单微环三耦合点的可调谐微环滤波器模型,并模拟仿真了输出端口的光谱特性。模型结构中,采用热光性质稳定的绝缘硅材料,通过改变反馈波导的长度和温度实现对输出光谱的分析与调制。仿真结果表明,当耦合系数k=0.018时,模型结构的自由光谱范围可近似认为达到43.8nm,品质因子可达1.25×105,作为滤波器保持了很窄的带宽,很高的品质因子和较大的自由光谱范围,得出通过改变反馈波导的温度或长度可实现特定谐振波长处滤波效果显著改善的结论,最后给出了相应的光谱曲线。     

基于Add-drop型微环谐振腔的硅基高速电光调制器设计

相比于传统的All-pass型微环谐振腔硅基电光调制器, Add-drop型微环谐振腔可提供更多的设计自由度, 使调制器在不改变杂质掺杂浓度的情况下就能在调制带宽和消光比性能上获得均衡考虑. 本文设计了基于Add-drop型微环谐振腔的高速、且在低调制电压下实现大消光比的硅基电光调制器, 所用微环谐振腔的半径仅仅为20 μm. 重点分析了直波导与微环谐振腔的耦合对调制器性能的影响, 发现较小的Drop端耦合系数有利于消光比的提高, 但是不能同时达到最佳的调制带宽, 因此设计上存在一个带宽和消光比性能上的折中考虑. 根据优化设计的结果进行了实际器件的制作和测试. 静态光谱测试表明, 在3 V反向偏置电压的作用下, 调制器的消光比最大可达12 dB. 动态电光响应测试中, 在仅仅1.2 V的信号幅值电压下测得了8 Gbps数据传输速率的清晰眼图. 关键词： 电光调制器 绝缘体上的硅 微环谐振腔 载流子色散效应     

类电磁诱导透明效应在硅基微环谐振腔中的实现与优化

为在硅基光波导上实现类电磁诱导透明效应,设计并加工了基于绝缘体上硅的串联双环结构.通过300℃到1 200℃热氧化退火、缓冲刻蚀液湿法腐蚀以及1 000℃高温氮气退火等波导结构的后期处理,利用垂直光栅耦合的方式输入及输出信号,观测到了类电磁诱导透明效应.分析了两环间不同间距对类电磁诱导透明效应的影响,结果表明:工艺中单环Q值达到5.1×104,类电磁诱导透明效应透明峰的带宽约为500MHz.