1064nm低电压薄膜铌酸锂电光调制器

低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5 V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder, MZ)电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3 mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05 V的低半波电压、0.319 dB的低损耗和27 dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315 V·cm,调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。     

全封装的薄膜铌酸锂电光调制器（特邀）

高速电光调制器是宽带光通信网络和微波光子系统中的关键元器件之一。相对于体材料铌酸锂而言,薄膜铌酸锂材料由于其较强的光场限制能力,在构建小尺寸、宽带、低半波电压的高性能电光调制芯片上有独特的优势。文章基于薄膜铌酸锂材料研制了一种3 dB带宽不低于50 GHz的电光调制芯片,并采用光纤与波导水平端面耦合的光学封装方案和基于1.85 mm同轴接头的射频封装方案,实现了全封装的薄膜铌酸锂电光调制器。测量结果表明,封装后器件的光学插入损耗小于等于5 dB,3 dB带宽大于等于40 GHz,射频半波电压小于等于3 V@1 GHz。     

集成铌酸锂光子器件技术的研究进展

铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光通信和微波光子学带来革命性的变革。该文重点综述了LNOI的制备技术、LNOI电光调制器、LNOI声光调制器和LNOI电光频率梳的最新研究进展,简要讨论了铌酸锂光子器件在制作工艺和系统实现中面临的挑战。     

基于铌酸锂薄膜的Y波导集成调制器设计

近年来,基于薄膜铌酸锂（TFLN）平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5 dB, 半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。     

铌酸锂薄膜高速电光开关的设计与制备

基于硅基铌酸锂薄膜（Lithium Niobate on insulator,LNOI）材料平台，设计并制备了高速电光开关芯片，并实现了芯片的光纤耦合、管壳封装和性能测试。测试结果表明，该高速电光开关器件的开关速度达到13.4 ns，消光比达到31.8 dB。研究工作对未来研制光学延时芯片和波束形成网络芯片具有重要的支撑意义。     

石墨烯/硅基异质集成光电子器件

石墨烯/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展,因石墨烯所具有的诸多独特的物理性质如超高载流子迁移率、超高非线性系数等,石墨烯/硅基异质集成器件展现出了诸如超大带宽、超低功耗等优异性能。文章介绍了近年来报道的典型石墨烯/硅基异质集成器件,包括石墨烯/硅基电光调制器、石墨烯/硅基热光调制器和石墨烯/硅基光电探测器,简要阐述了其原理与性能,并对其未来的应用与发展做出了展望。     

硅基单片集成单边带调制器

基于CMOS兼容的硅基光子集成工艺,设计并实现了一种具有高边带抑制比的硅基单片集成单边带调制器。单边带调制器采用正交混合耦合器实现上下两臂等幅度、90°相位差的射频信号加载,基于硅基双驱动马赫曾德尔调制器的热移相器调控上下两臂光相位差为90°,实现了效果显著的单边带抑制。基于CUMEC公司CSiP180 Al工艺和工艺设计包(PDK)完成芯片制备,采用金丝引线实现了正交混合耦合器的空气桥结构。测试结果显示该硅基单片集成单边带调制器在18~32 GHz频率内边带抑制比均高于12 dB,在21 GHz工作频率时边带抑制比达到了32 dB。该单边带调制器有望应用在光通信和微波光子系统中。     

退火对铌酸锂晶体电光性能的影响

铌酸锂晶体加工过程中产生的内应力使其变为双轴晶,并引起电光感应轴的偏离。本文分析了感应轴偏离对组合调制器性能的影响.应用退火工艺可以消除铌酸锂晶体感应轴的偏离,提高了组合调制器的电光性能。     

一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器

针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题,提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型,详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板高频阻抗匹配设计,并测试了40 GHz小尺寸薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标。测试结果表明：设计的薄膜铌酸锂电光调制器插入损耗、半波电压、3 d B带宽、产品尺寸分别为4.1 d B、3.9 V、40 GHz、30 mm×10 mm×5 mm,比传统铌酸锂电光调制器性能优越。     

薄膜铌酸锂光电器件与超大规模光子集成（特邀）

近年来,薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速,其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用,本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展,讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术,并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统,包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源,以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势,将对整个光电子产业产生难以估量的影响。     

A lithium niobate light modulator for fiber optical communications

An electrooptic intensity modulator using lithium niobate has been developed for applications in binary fiber optical digital communications at the wavelength of 1.06 µm. We have shown that many shortcomings generally associated with electro-optic modulators can be surmounted. The modulator was driven by a compact transistor amplifier, temperature dependence of the static birefringence was minimized, and the optical bias was made adjustable by a dc voltage superposed on the signal. The modulator has been operated at 70-Mb/s pulse rate and 100-percent modulation, its extinction ratio is better than 40 to 1 and the optical insertion loss is about 1 dB.     

All-silicon integrated optical modulator

The authors describe the operating principle, design, and performance of an all-silicon light modulator at 1.3 μm wavelength. The modulator is based on the plasma effect in silicon and the mode selectivity of single-mode optical fibers, resulting in low polarization dependence and the capability of handling high light intensities. Standard silicon IC technology is used in the fabrication process and the modulator has a vertical structure that takes up a small surface area (the active area matches the single-mode fiber core of 9 μm diameter), simplifying integration with other circuitry on the same chip. The modulator can be directly coupled to a single-mode optical fiber, without using lenses or other bulk optical components. Typical performance of the fabricated modulators is 6 dB insertion loss, 24% modulation depth, and 60 MHz bandwidth with a current drive of 22 mA rms     

硅光子器件及其集成技术的研究

主要探讨了偏振分集光路、可调光衰减器、波导耦合型锗光电探测器等硅光器件的研究进展,分析了其结构及技术参数,随后探讨了VOA-PD单片集成技术以及VMUX单片集成技术两种硅基单片集成技术,指出硅光子器件的性能指标已经能满足现代光纤通信系统的要求。     

40-Gb/s X-cut LiNbO/sub 3/ optical modulator with two-step back-slot structure

We propose a newly designed X-cut lithium niobate (LiNbO/sub 3/) optical modulator. It has a two-step back-slot structure to satisfy the velocity-matching condition without the buffer layer of silicon dioxide (SiO/sub 2/). Accordingly, this modulator can achieve low drive voltage and low optical insertion loss. In addition, the dc-drift phenomena due to the buffer layer can be suppressed. This structure is fabricated with micromachining technology using excimer laser ablation. The optical 3-dB bandwidth of the fabricated modulator reaches 30 GHz, and the drive voltage is less than 3 V at 1 kHz. From the measurement of the optical eye diagram at 43.5-Gb/s, clear eye openings were obtained. This modulator is sufficient for 40-Gb/s optical transmission systems.     

中红外波段高速硅基电光调制器设计与优化（特邀）

作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2 μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2 μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2 μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度,得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件,在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm,调制效率为2.86 V·cm,静态消光比为23.8 dB,3dB EO带宽为27.1 GHz。同时,与220 nm厚度顶层硅器件相比较,器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据,也为后续2 μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。     

High performance electro-optic modulator based on thin-film lithium niobate

Electro-optic (EO) modulator plays a very critical role in the optical communication systems. Here, we report a stimulated thin-film lithium niobate (LN) modulator with a half-wave voltage-length product of 1.8 V.cm, which can successfully achieve modulation and demodulation of a 1 GHz sinusoidal signal with an amplitude of 5 V in experiment. The optical loss caused by metal electrodes is reduced by optimizing the waveguide structure and depositing silica onto the waveguide, and group-velocity matching and characteristic impedance matching are achieved by optimizing the buffer silica layer and the electrode structure for larger bandwidth, which simultaneously improves the modulation efficiency and bandwidth performance. Our work demonstrated here paves a foundation for integrated photonics.     

光子晶体电光调制和粗波分复用集成器件研究

提出了一种用于电光调制和粗波分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制器模块和粗波分复用器模块都是由硅基光子晶体波导和L3型谐振腔组成,两个模块间采用硅基光子晶体波导连接。该器件根据等离子体色散效应,采用L3型谐振腔和PN结实现了对波长的调制;根据微腔与波导的直接耦合理论,采用L3型谐振腔结构实现了滤波。利用基于三维时域有限差分法(3D-FDTD)的Lumerical软件对其进行仿真分析,结果表明该集成器件在工作波长1530 nm和1550 nm下均可以先完成各自的电光调制再进行双通道波长的复用。该器件在工作波长1530 nm和1550 nm下的插入损耗分别为0.70 dB和0.95 dB,消光比分别为20.97 dB和22.05 dB,调制深度均为0.99,信道串扰分别为-29.05 dB和-27.59 dB,器件尺寸仅为17.83μm×17.3μm×0.22μm。该集成器件结构紧凑,易于集成,可应用于高速大容量波分复用光通信系统。