一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗－0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为－6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗－4.3 dB,开关时间为6.8 μs.     

新型1×N多模干涉分束器的三维设计与模拟

相比于传统的1×N对称型多模干涉（Mult-Mode Interference,MMI）分束器设计,提出了一种新型埋入式弱限制光波导分束器件.它的干涉区及输入输出波导采用倒锥形式,器件尺寸减小,且不均匀性与附加损耗也减小.以1×4的对称型MMI分束器为例,当只对干涉区采用倒锥形结构后,在TE偏振中心波长为1.55 μm时,器件长度减小了500 μm,均匀性增加了0.131 dB,而附加损耗仅增加了0.02 dB,波长响应较传统设计增加了40 nm.在此基础上,又在输入输出臂上也各增加倒锥形结构后,相比于传统设计附加损耗减小了0.02 dB,均匀性增加了0.139 dB,器件长度减小了500 μm.改进后的器件具有优越的容差性.器件采用掺氟型聚合物材料进行优化设计,通过在合理范围内偏离输出波导位置,使输出光强达到最大值.     

基于自映像的光子晶体波导分束器的设计

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱,改变输入和输出耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达93%。     

一阶模的滤除及在Y分支和多模干涉结构中的应用

Y分支和多模干涉结构广泛应用于平面光波导器件中，在这些器件中，Y分支和多模干涉结构输出对称性具有重要意义。引入Y分支和多模干涉结构输出的不对称主要原因是这两种结构中产生了一阶导模，设计一种新的耦合器结构，在这个结构中．两根单模波导分别放置在一根多模波导两边，并且单模波导的传播常量与多模波导的一阶模的传播常量相同，这种结构可以将一阶导模滤除。在Y分支和多模干涉结构中使用了这种结构，模拟结果表明，采用这种耦合器的Y分支和多模干涉结构具有非常好的输出对称性。     

InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550 nm波长附近的40 nm带宽范围内获得了约2.6 dB的通带平坦度,在1 550 nm通信波长处,器件的插入损耗低于10 dB.     

硅基槽式纳米线多模干涉型模阶数转换器全矢量分析

提出了一种基于硅基槽式纳米线结构的紧凑式1×2多模干涉器型模阶数转换器,其中输入/输出通道为槽式直波导,经线性锥形过渡器连接居于中心的二次锥形槽式多模波导.采用全矢量频域有限差分法详细分析了垂直槽波导的模式特性,选取电场主分量E_y得到增强的quasi-TM模作为转换器的光信号模式.对比分析了矩形结构与二次锥形结构中的周期自镜像效应,发现二次锥形结构尺寸更短、损耗更低的特点.根据自镜像效应中一阶模成像位置设计多模干涉区域长度,经线性锥形过渡器从较宽输出端口输出一阶模,从较窄输出端口输出基模,从而实现模阶数转换功能.采用三维有限时域差分法详细分析了该转换器的光波传输特性,详细讨论了器件关键结构参数的制作容差.参数优化结果表明,该转换器的多模干涉区域的尺寸为3×5μm~2时,在1.55μm工作波长下,quasi-TM基模在输出quasi-TM一阶模端口的插入损耗约为0.35 dB,输出波导间的串扰约为-16.9 dB.另外,给出了输入模场主分量在器件中的传输演变情况.     

InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550nm波长附近的40nm带宽范围内获得了约2.6dB的通带平坦度,在1 550nm通信波长处,器件的插入损耗低于10dB.     

1×16多模干涉型GaAs光功分器的研制

设计并制作了一种能直接与通信用标准单模光纤阵列相耦合的 1× 16多模干涉型光功分器。其输入、输出单模波导采用离散谱折射率法优化设计 ,获得了脊宽为 3μm、脊高为 2 .9μm和理论传输损耗约为 0 .0 2 8dB cm的单模脊形光波导。分析表明 ,这种深刻蚀多模干涉型光功分器具有较大的制作容差性、较宽的工作带宽以及几乎可忽略的极化依赖性。测试结果表明 ,器件实现了 1× 16光功分器功能     

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。     

基于三角晶格光子晶体多模波导1×2分束器的优化设计

依据自映像原理,设计了一种基于三角晶格光子晶体多模波导的1×2分束器.采用时域有限差分法模拟了光波在分束器中的传播行为,并计算了分束器的传输效率.结果表明,仅仅通过改变多模波导与输出波导联结处的介质柱的位置对结构进行优化,便可大大提高分束器在工作点频率处的传输效率和带宽,其多模耦合区的长度可低至3.1 μm.因而本文所设计的分束器具有更小的器件尺寸和更高的传输效率,易于大规模集成的实现,在未来的集成光路中具有广泛的应用价值.     

弱导波导多模干涉耦合器结构参量优化设计

本文分析了以硅基底上二氧化硅波导为代表的弱导波导多模干涉(MMI)耦合器件输入(出)波导位置及宽度和MMI长度等结构参量对器件性能的影响.提出了参量空间法,在给定工艺材料参量和多模波导宽度情况下,通过匹配各结构参量,制出均匀性好、附加损耗低的弱导波导多模干涉耦合器件.     

Parameter optimization and structural design of polymer arrayed waveguide grating multiplexer

First some important parameters are optimized for the structural design of a polymer arrayed waveguide grating (AWG) multiplexer around the central wavelength of 1.55 μm with the wavelength spacing of 1.6 nm. These parameters include the thickness and width of the guide core, mode effective refractive indices and group refractive index, diffraction order, pitch of adjacent waveguides, length difference of adjacent arrayed waveguides, focal length of slab waveguides, free spectral range (FSR), the number of input/output (I/O) channels, and that of arrayed waveguides. Then the bent angles, radii and lengths of all the input/output channels and arrayed waveguides are determined. Finally, a schematic waveguide layout of this device is presented, which contains 2 slabs, 11 input channels, 11 output channels, and 91 arrayed waveguides.     

硅衬底上锗硅合金光波导设计及工艺的优化考虑

报道用射频加热化学气相沉积法制备Ｓｉ／ＧｅＳｉ／Ｓｉ大断面单模脊形光波导中设计和工艺的进一步完善，ＧｅＳｉ合金层中Ｇｅ的含量Ｘ要满足脊形光波导是单模，光波导的数值，孔径接近单模光纤值，脊高小于临界厚度值等，计算表明兼顾上述三项要求应取ｘ＝１～３％，脊的高与宽受大断面及单模的制约。Ｓｉ的晶体结构使脊的二个腐蚀侧壁是斜坡，为此起始脊宽取５～６μｍ为宜；腐蚀液，抛光液的选取人保证脊则壁及波导面端的优良镜     

基于硅纳米线波导的两级光子晶体缩束器

鉴于在微观领域光波的缩束对实现光电集成的重要意义,提出了基于硅纳米线波导的两级光子晶体缩束器。其中一级压缩基于W5型和W1型光子晶体波导间的高效耦合。二级压缩则由宽为0.1μm,长为3.06μm的纳米线波导和W1型光子晶体波导构成,通过二者的高效耦合实现光束压缩。当W1型光子晶体波导和纳米线波导间介质柱的半径为0.04μm时,对于1550nm波长的电磁波,缩束器的通光效率可达93.4%,压缩比为16.08,出射光束半峰全宽仅为0.148μm。     

降低AWG插入损耗和串扰设计新方法

在AWG器件的设计中引入了抛物线型的楔形波导结构,根据过渡区理论优化了引入的抛物线型楔形结构的形状和尺寸.采用抛物线型楔形结构代替直线型楔形结构,AWG的插入损耗降低了2 dB左右.在优化参数时使输出/输入波导间距与阵列波导间距取不同的值,并使输出/输入波导间距适当增大,而阵列波导间距取较小值,这样使得串扰降至－30 dB以下且插入损耗保持在低水平.运用光束传播方法给出器件的输出光谱并证实了理论上预想的结果.     

Optimal design for a flat-top AWG demultiplexer by using a fast calculation method based on a Gaussian beam approximation

Passband broadening of an AWG (array waveguide grating) demultiplexer with an MMI (multimode interference) coupler connected at the end of a tapered input waveguide is considered. An explicit formula based on the field propagation of an approximate Hermit-Gaussian beam is used to calculate quickly and reliably the spectral response of the AWG demultiplexer. The widths of the input waveguide, the output waveguides and the MMI coupler are optimized. The optimal design is verified with the experimental measurement.     

Multimode-interference-based crossing for metal-insulator-metal waveguides

We report a waveguide crossing based on a multimode-interference(MMI)structure for metal-insulator-metal(MIM)waveguides.The MMI-based crossing comprises two orthogonal intersecting MMI waveguides that are connected to the single-mode input/output waveguide symmetrically.Single self-images are formed at the crossing center and output plane of the MMI waveguide,thereby mitigating the crosstalk and improving the throughput.The characteristics of the proposed MMI-based crossing are investigated with the finite element method of Comsol Multiphysics.The results show that the throughput reaches -1.8 dB and the crosstalk is less than -46 dB at the wavelength of 1550 nm.     

Fabrication of multimode interference waveguides in glass by use of a femtosecond laser

We report on the fabrication of multimode interference (MMI) waveguides that split single-mode light into multimode light in synthesized silica by use of femtosecond laser pulses. The number of modes at the output facet is dependent on both the width and the length of the MMI waveguides. The output spectral responses of the MMI waveguides in the visible region were examined. The fabricated MMI waveguides can be used as compact power splitters with large fan-outs.     

To analyse the performance of tapered and MMI assisted splitter on the basis of geographical parameters

A literal model using geometric examination was formulated to calculate the optimum width and length of multimode interference structure used in the 1 × 2 power splitter and plot electric field intensity for input and each output signal. Designing and simulation of the wavelength response of 1 × 2 splitter using Tapered and MMI assisted structure. Mechanism on the critical geographical parameters like length and width of MMI structure, separation distance between output ports ‘S’, arm angle ‘α’ which give the optimum power and electric field intensity for the considered necessary wavelength. Finite difference beam propagation methods have been used to simulate the conventional and tapered MMI device behaviour.