具有光束偏转功能的亚波长光栅偏振分束器

针对亚波长光栅偏振分束器无法实现垂直出射光 、集成耦合效率低的问题,本文设计了 一种具有光束偏转功能的亚波长光栅偏振分束器,可实现偏振分束且能获得垂直出射光。器 件上 层采用光栅衍射理论设计了可实现偏振分束的周期亚波长光栅,下层通过严格耦合波法与波 前相 位控制理论设计了具有光束偏转功能的非周期亚波长光栅。基于有限元软件COMSOL对设计 的器 件进行仿真分析,结果表明该器件可分开TE与TM混合偏振光且能实现光束垂直出射,两种 偏振 光的总透射率在1550nm处超过了76.5%,偏振 消光比为14.0 dB。因此通过该偏振分束器不但可 以获得垂直出射的单偏振光,而且能有效提高垂直耦合型器件的工作效率,有望应用在面向 光纤通信的集成光电器件中。     

一种渐变掺杂型pin光探测器的高速响应性能研究

高速光探测器是高速光纤通信系统和网络中的关键器件,它要求光探测器具有宽的频率响应带宽和高量子效率。垂直入光型pin光探测器的高速性能和量子效率均受到吸收层厚度的限制。为了改善其高速性能,采用InGaAsP材料作为吸收层以及限制层渐变掺杂的方法,对垂直入光型pin光探测器的高速响应性能进行了理论研究和仿真,结果表明,高速响应达到了40GHz。与不采用渐变掺杂浓度的同种结构光探测器相比,高速响应性能显著提高。     

基于新型非周期高对比度亚波长光栅光电探测器

本文提出了一种基于新型非周期高对比度亚波长 光栅(High Contrast Subwavelength Grating,HCSG)的谐振腔 增强型(Resonant Cavity Enhanced,RCE)光电探测器(Photodetector,PD),该器件是由顶 部光栅型上反射镜、PIN光探 测结构和分布式布拉格下反射镜(Distributed Bragg Reflectors,DBR)组成。新型非周期HC SG上反射镜是由局部湿法 氧化后形成的Al₂O₃间隔层和非周期GaAs光栅组成,实现了850 n m波段TM模式偏振光的高反射会聚特性,反射 率达到了86.5%且在1.5 μm焦距处实现了光束 会聚。下反射镜是由周期GaAs光栅和GaAs/Al0.9Ga0.1As DBR组成, 周期GaAs光栅对入射光有偏振选择特性,对TM模式的偏振光透射率为96.1%,而对TE模式的偏振光透射率仅有 3.7%。该器件利用了传输矩阵理论方法仿真模拟了其量子效率,量子 效率达到了71.8%,半高全宽接近于0.1 nm。 有效的解决了光电探测器的高量子效率和高响应带宽相互制约的问题,为下一代光通信系统 的发展提供了良好的基础。     

具有偏振分束功能的894nm垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器是先进光学信息系统的关键 器件之一,具有低成本、低发散角、窄线宽等优点。 为满足垂直腔面发射激光器在微型原子钟、军事通信等领域的应用,优化激光器的结构参数 来改善腔模位置以及在 顶层集成光栅改善出光信号的光场分布就变得尤为重要。基于增益腔模失谐技术以及光栅优 异的光束会聚、偏振分 束功能,提出一种基于非周期性亚波长光栅的894 nm垂直腔面发射激 光器。利用光栅的偏振分束功能,可使器件输 出端口的消光大于30 dB。通过改善腔模位置以及氧化孔径,器 件在20 ℃范围内基本工作性能保持稳定 , 在85 ℃环境下工作波长满足微型原子钟的要求,输出光功率为2mW ,为下一代微型原子钟、军事通信等的发展提供了良好的理论基础。     

GeS_2-Ga_2S_3-Sb_2S_3-AgCl玻璃的三阶非线性光学特性

采用熔融-急冷法制备了(100-x)Ge20Ga5Sb10S65-xAgCl(x=0,5,10,15,20mol%)系列硫卤玻璃,测试了样品的密度、从可见到中远红外的透过性能以及折射率参量,根据Z-扫描测试原理用钛宝石飞秒激光器测试了样品的三阶非线性特性随波长变化的特性.结果表明:非线性折射率n2和非线性吸收系数β随着波长的增加而增加,AgCl含量为20mol%的样品在800nm处的非线性折射率n2=1.581×10-10esu,非线性吸收系数β=4.707cm/GW.与传统硫系玻璃相比,三阶非线性性能明显提高.     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

高速光收发模块中差分布线过孔问题研究

为解决高速光收发模块中PCB差分布线由于过孔引起的不匹配及信号完整性问题,首先利用HFSS、Hyperlynx等软件对差分过孔进行了建模研究和分析。在此基础上提出了通过差分补偿和增加接地过孔的方法,可以实现差分线匹配,从而改善信号完整性。随后,通过HFSS仿真分别对两种方法在传输损耗和反射上的表现进行了验证,并分析、比较了两种方法的特点。最后,进行了2.5G光模块测试,测试结果证明了改进方法的有效性。     

用于雪崩光电探测器响应度增强的超透镜设计与仿真

超透镜除了可以实现传统透镜的聚焦和成像功能之外,还可通过对超构单元的设计实现对光场偏振、波长和振幅等的多维度操控,由于体积薄、重量轻、成本低、易集成,其在光电子器件领域中开始崭露头角,已经成为当前的研究热点和重要方向。本文采用时域有限差分算法(Finite-difference time-domain,FDTD)设计并优化了基于InGaAs雪崩探测器原位集成的超透镜,同时估算了超透镜的聚焦效率和透射率。仿真结果表明,超透镜将入射光会聚至探测器的光敏区中,透射率达到82.8%,并且在目标焦距150μm、超透镜半径50μm时聚焦效率达到84.89%。为进一步提高透射率,在超透镜表面增加抗反射层(AR Layer)。结果表明,300nm的SiO₂层透射率达到最大值86.6%,250 nm的SiN层透射率达到最大值87.6%,透射率比未增加AR层时分别增加了3.8%和4.8%。最后计算得出集成超透镜的探测器吸收区光场能量比未集成超透镜的探测器吸收区光场能量提升了250.96倍,将极大提升探测器的响应度。本文提出了单片集成超透镜的雪崩探测器设计方案,将雪崩探测器光敏区之外的...     

基于反射会聚的亚波长光栅多路功分器

针对目前可实现多路分光的亚波长光栅功分器层 数多不容易制备、无法平均分束的 问题,本文设计了一种基于光束反射会聚的单层亚波长光栅功分器,可实现多束分光且便于 制备。通过严格耦合波理论与波前相位控制理论,设计了四个完全相同的可实现光束会聚的 亚波长光栅,接着将四个亚波长光栅依次紧密拼接进而获得了四路功分器。基于有限元软件 COMSOL对设计的器件进行仿真分析,结果表明该器件可以将一束波长为1550 nm的TM入射光分 成四束,每束光的功率都相等,且都能实现反射会聚。因此基于波前相位控制原理设计的功 分器不仅能实现多束平均分光,还能使每束光都实现了会聚,从而有效提高了光探测器阵列 的工作效率,有希望被广泛应用于光通信集成系统与空间光耦合等领域。