低损耗SOI单模脊形光波导的制备

表面散射损耗与菲涅耳反射损耗是SOI(Silicon-on-msulator)脊形光波导的主要损耗机理.通过降低光波导损耗的研究,在厚膜SOI材料上制备了长度为20 mm,插入损耗小于2.15 dB的单模脊形光波导.     

硅单模脊形光波导的三维模拟及实测结果

对当前硅光集成技术的热点、制备大断面低传播损耗单模脊形光波导进行了三维理论模拟设计。脊的上覆盖层是空气（大折射率台阶，非对称情况）或纯硅层（对称情况），均能得到符合实际的模拟结果。改变脊形光波导的高宽几何尺寸或折射率分布值，模拟结果呈现单模、双模或更高阶模的电场分布及光强分布。用相应条件指导硅脊形光波导的实际制备，实测结果表明模拟结果是准确的。     

聚合物脊形光波导设计

用5层非对称平面波导理论和等效折射率法(ERIM)分析了金属电极对聚合物脊形光波导横向模式特性及其传输损耗的影响。计算结果表明：在工作波长1．55μm波段,当常规脊形光波导的芯层厚度大于0．8μm、包层厚度大于3．0μm时,才能保证传输损耗的理论极限小于0．1dB／cm;当脊波导刻蚀深度为0.l一0．2μm、对应脊波导宽度为7—5μm时,可满足脊波导横向单模传输。     

脊形聚合物光波导中传输模式的演变与结构参数的优化设计

本文以脊形聚合物光波导为例,应用光束传播法(BPM)算法来模拟分析其单模区域、模式在波导传输过程中的演变以及模式输出功率随传输距离的变化趋势等.通过对模拟结果的分析,探讨对聚合物光波导结构参数(脊高、脊宽、脊高比)进行合理、最大性优化的可能性,为设计并制作出满足单模传输的脊形聚合物光波导提供理论依据.     

侧蚀对脊形掺铒光波导放大器净增益的影响

用有限元方法分析了脊形掺铒Al2O3光波导放大器内部信号光和泵浦光的电磁场模式分布,结合速率方程和传输方程,数值模拟了脊形Er∶Al2O3光波导放大器的净增益特性,讨论了光波导侧蚀对放大器净增益的影响.     

有机聚合物S形脊波导的弯曲损耗研究

利用广角有限差分束传播法和有效折射率法研究了S形脊波导圆弧曲率半径与弯曲损耗的关系,得出了如下结论:当圆弧曲率半径大于5 000 μm后,即使波导曲率半径增大,波导的弯曲辐射损耗已不会再明显减小,光已可以在S形脊波导中稳定地传播了.     

硫系玻璃光子晶体光波导的制备研究进展北大核心CSCD

光子晶体是一种介质常数周期性变化的人工介质材料,具有光子带隙和光子局域两个主要特征。光子晶体光波导是利用光子带隙特性传输光信息的光学器件。与传统的条形光波导相比,它最大的优势是在大的拐角处具有很低的传输损耗(如在60\O弯曲时传输损耗可以降低到5%),因此非常适合用于集成光学。从硫系玻璃材料的特征入手,详细介绍了聚焦离子束和电子束曝光这两种光子晶体光波导常用的制备方法,通过这两种方法制备出来的光子晶体光波导都具有较高的表面平整度和较低的传输损耗。对两种方法的制备工艺和特点进行了比较。最后简单介绍了硫系光子晶体光波导的应用,并对硫系光子晶体光波导的发展前景做了展望。     

低损耗玻璃光波导的溶胶-凝胶法制备

采用溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－ｇｅｌ）技术制备了ＳｉＯ２－ＴｉＯ２低损耗平面光波导,在６３３ｎｍ处的传输损耗为０．５７ｄＢ／ｃｍ。同时在硅基板上制备了脊型Ｙ形波导分束器,分束比为１１。     

离子自组装成膜技术制备TiO2／SiO2薄膜光波导

采用离子自组装(ISA)成膜技术制备了TiO2／SiO2复合薄膜光波导，研究了光波导的波导特性。结果表明，随着TiO2含量的增大，光波导的折射率增加，但同时光波导传输损耗增大。一般TiO2占10wt％，此时，光波导中的光损耗较低。在更高的含量范围内，必须使TiO2分散。     

PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

用于红外激光传输及光纤传感应用的矩形Y_2O_3-ZrO_2单晶光波导

通过精确的切割和良好的抛光 ,从Y2 O3 稳定的ZrO2 块状单晶制得可用于红外激光传输及光纤高温传感的高品质Y2 O3 ZrO2 单晶矩形光波导 .获得的矩形波导截面大于 1mm× 1mm ,长度在 4 5mm～ 6 5mm之间 .波导的光学性能比用常规LHPG系统生长的Y2 O3 ZrO2 单晶光纤优越得多 ,在 90 0nm波长处的光学损耗小于 0 .0 3dB cm ,对 1.0 6 μmNd :YAG激光脉冲的损伤阈值为 0 .98MW cm2 ,并且能耐受 2 30 0℃的高温 .实验结果表明 ,这些波导有望在红外激光传输和 2 0 0 0℃以上的高温光纤传感等领域得到应用 .     

激光直写技术制备SiO2-TiO2条形光波导工艺研究

为了研究激光直写技术在光波导制备中的应用,采用波长为1.07μm的连续光纤激光器制备了硅基SiO2-TiO2条形光波导。探讨了激光直写技术制备条形光波导的原理,研究了激光参数对条形光波导宽度的影响,最后测试了光波导的通光模场以及光传输损耗。结果表明,条形光波导的宽度随着激光功率密度的增加而增大。当激光扫描速率在0.1mm/s~1mm/s范围内变化时,条形光波导的宽度随着激光扫描速率的增加而降低;高于1mm/s时对波导宽度无明显影响。在优化的工艺参数下,激光直写得到的条形波导的厚度约为0.4μm,宽度为120μm,整条波导非常均匀、准直性很好,对于1550nm波长的光呈多模传输,最小传输损耗为1.7dB/cm。     

MeV He+离子注入氧化锌晶体光波导特性研究

用能量为2.0 MeV剂量为2×1016 ion/cm2 He+离子室温下注入到z切的氧化锌晶体中形成光波导.退火前后用棱镜耦合法在633 nm激光波长下测量波导的暗模特性,发现在空气中经过适当退火后暗模消失,说明晶格损伤减少,进一步的退火处理有可能使晶格损伤完全恢复.用TRIM ′2003程序模拟了2.0 MeV He+离子注入到氧化锌晶体的过程,得到氧化锌损伤分布与穿透深度的关系曲线,并利用反射计算法重构了离子注入波导的折射率分布, 发现在波导区折射率增加,在离子射程的末端有一个折射率降低的光学位垒,结果还显示折射率分布曲线与损伤分布曲线非常相似,这充分说明核碰撞所造成的晶格损伤是形成光波导的主要原因.     

低损耗聚合物互连光波导的制备及性能测试

对应用于宽带光互连的光印刷电路板(OPCB)制备技术进行了研究。作为光互连系统的传输介质,我们研究了互连光波导的性能。基于紫外光刻技术,在常规PCB基底上制备了聚合物光波导,研究了光波导的制备流程以及工艺参数;并且通过不断优化工艺参数,制备得到了低损耗的光波导;通过测试光波导的传输损耗以及眼图,分析了光波导的性能。光波导在850nm波长条件下的传输损耗可以达到0.13dB/cm,实现了10Gbit/s光通信信号的传输。     

双层的单晶纤维光波导

可见和红外光谱段的晶体纤维光波导已在高温测量、定位系统中得到应用，并为医学和技术目的用来传输大功率激光辐射。铊、银和碱金属的卤化物被认为是制造晶体纤维光波导最有前途的材料，它们在中红外区的最小本征光学损失估计平均为10^-2~10^-3 dB/km数量级。     

用于光学放大的掺铒氧化铝脊型波导研究

使用磁控溅射制备了掺铒氧化铝薄膜，对薄膜进行了退火处理，测量薄膜的折射率和X射线衍射图谱，发现薄膜在600℃的退火温度下呈非晶态，在1.5μm处的折射率为1.67左右。模拟模场分布，获得光与掺铒层之间相互作用最大的波导结构参数，并进一步优化制备条件，实现侧壁光滑的低损耗掺铒氧化铝脊型波导。在1.31μm的波长下，2μm宽度的氧化铝脊型波导的损耗为1.6 dB/cm,和使用超快激光灼烧的方法所制备出的损耗为3.8 dB/cm氧化铝脊型波导相比，损耗大为降低。结果表明，掺铒氧化铝波导在平面集成波导放大器应用方面极具潜力。     

利用有机-无机溶胶-凝胶方法制备平面波导环形谐振腔

采用简单的有机-无机混合的溶胶-凝胶方法制备了折射率在一定范围内可调的波导材料,并利用其制备了平面波导环形谐振腔器件。波导结构呈现倒脊形,其制备工艺首先是利用感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP)在二氧化硅衬底上刻蚀波导结构的凹槽,然后再沉积波导薄膜。利用光谱仪对器件的传输特性进行了测量,观测到具有10 dB对比度,自由光谱范围0.182 nm周期性谐振现象,结合环形谐振腔的传输特性,得到环形腔具有较低的传输损耗1.7 dB/cm。同时对环形谐振腔的温度特性进行了测量,得出波导材料的热光系数为-1.54×10-4/℃。     

全聚合物SU8光波导制备工艺及其特性研究

对一种全聚合物SU8光波导的制备工艺和波导特性进行了研究.测试结果显示,所制备光波导在1 550 nm的传输损耗为2.01 dB/cm,且具有高的侧壁陡直度.详细研究了光波导制备工艺过程中前烘温度和时间、光刻时间、后烘温度和时间以及显影时间等工艺参数对波导质量的影响,给出了4.5 μm×4.0 μm尺寸单模波导制备的优化工艺.讨论了采用稀释后的SU8材料所制备的光波导出现侧蚀的原因以及改进的方法.     

飞秒激光加工光波导的工艺与传输特性研究

利用飞秒激光横向直写方式加工光波导,采用散射光测量法分析了光波导的传输损耗。为了提高光波导的传输性能,分析了不同数值孔径的聚焦物镜、加工速度和加工能量对光波导传输损耗的影响。实验结果表明,聚焦物镜数值孔径为0.25,激光功率为6 m W,加工速度在45~60μm/s时,飞秒激光加工的光波导具有较好的传输性能,其传输损耗低于-0.2 d B/cm。     

slot波导包覆层对功率密度的影响

理论模拟研究了硅基绝缘(SOI)的slot波导中槽内限制功率与slot波导的结构参数以及包覆层折射率的关系.结果表明,如果包覆层的折射率偏离衬底SiO2的折射率,相同参数下的slot波导的传输损耗大于包覆层为SiO2的结构的传输损耗.分析表明,如果包层与衬底折射率不同,限制的光功率会从slot缝隙中渗透到折射率较高的衬底或者包层中,从而引起能量的损耗.理论模拟得到了在缝隙宽度为0.12μm的情况下,slot波导槽内最大的光功率限制为28.54%,这个值包含了纳米线波导与slot波导直接耦合产生的耦合损耗以及slot波导自身的传输损耗.