可调谐氮化硅波导微环谐振腔滤波器研究

设计并制备了一种基于热光效应的集成可调谐氮化 硅(Si₃N₄)波导微环谐振腔滤波器,通过采用马赫-曾德干涉仪(MZI)构成的可调谐 耦合器控制耦合区耦合比,以实现滤波器消光比的调谐。设计并优化了微环谐振 腔的波导截面尺寸、弯曲半径和耦合区波导间隔等参数,并通过光刻、反应离子刻蚀(RIE )等工艺制备 了两种不同弯曲半径的Si₃N₄波导微环谐振腔。实验结果表明,本文器件在波长1550nm附近处的自由光谱 范围(FSR)为68pm,3dB带宽约为16pm,品质因子Q达到了9.68×10 4,消光比可调范围约为17dB。     

高品质因子聚合物可重构微环谐振腔滤波器

以聚合物ZPU-44和聚砜(PSU,polysulfone risi n)分别作为波导包层和芯层材料,采用倒脊形波导结构,设计并 优化了聚合物可重构微环谐振腔滤波器的波导截面参数、弯曲半径、耦合区波导长度和间距 以及调谐电极 等结构参数,分析了其谐振滤波特性。采用传统的微加工工艺制备了聚合物可重构微环谐振 腔滤波器并进 行了测试。结果表明,其在通信波段1550nm附 近的自由光谱范围(FSR)为0.15nm,3dB带宽约为0.0235nm, 品质因子Q达6.60×10⁴,在0~ 4V电压范围内实现了0.5~12.95dB消光比的调谐,且 谐振波长调谐一 个FSR的电压为4.75V,与理论设计基本 相 符。本文的聚合物可重构微环谐振腔滤波器可用于集成波导可调谐光延时线和可调谐滤波。     

聚合物双环谐振滤波器的研究

设计了一种基于多模干涉(MMI)耦合输入/输出结构的跑道型双微环串联谐振滤波器,并采用紫外光敏聚合物材料SU-8作波导芯层,聚合物CYTOP为下包层,在硅基底上完成了器件的制备.器件的波导端面尺寸为2 μm×1 μm,与设计值相符,扫描电镜显示所制备的器件波导侧壁陡直度较高.直波导传输损耗的测试结果表明,在1550 nm波长,直波导传输损耗约为2.0 dB/cm.测试并获得了多模干涉结构和器件的通光及输出光谱图\.测试结果表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50∶50的功分比,微环谐振滤波器的通光性能良好,实现了滤波功能,器件的自由光谱区FSR实际值约为0.94 nm,与设计参数值很接近.研究结果表明采用聚合物SU-8制备小波导尺寸微环谐振器的器件简便可行.     

超小绝缘硅微环陷波滤波器特性分析

设计了基于SOI结构的超小微环陷波滤波器,该滤波器便于集成且可实现深度陷波。根据对全通结构微环谐振腔的传输特性分析得知,为得到好的陷波特性就必须增加波导间的耦合强度。在相同半径的全通微环谐振环结构中,耦合系数主要与3个参数(波导宽度、间距以及耦合区域的长度)有关。通过理论计算及仿真分析,对以上3个参数对陷波滤波器输出光谱响应的影响进行了讨论。实验结果表明,陷波滤波器越接近临界耦合条件(r=a)时,消光比越高。此时,消光比达36 dB以上,滤波器的FSR约为72 nm。     

用于传感的聚合物微谐振环的研制

对一种用于传感的聚合物微谐振环进行了研制.器件为多模耦合器结构,作为微谐振环的输入/输出耦合结构.微谐振环采用跑道形结构.首先分析了器件的原理,给出了器件的优化设计参数.采用紫外光敏材料SU-8和CYTOP作为波导芯层和下包层材料,制作了上述结构的微谐振环器件,并进行了测试.扫描电镜的结果显示,所制备器件的整体形貌比较清晰,波导结构均匀光滑,侧壁陡直度较高.采用截断法测得单模直波导的传输损耗约为2.2 dBcm.对多模耦合器(MMI)结构和弯曲波导的测试表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50:50的功分比,且损耗较低,而纯弯曲波导结构的通光性能良好.测量得到的器件谐振输出光谱表明,器件在主谐振峰处的插入损耗约为38dB,自由光谱区(FSR)约为1.87nm.过数据处理分析得到弯曲波导的传输损耗约为5.2 dB/cm.提出了进一步降低器件损耗、改善器件性能的措施.     

基于Interleave和微谐振环的32信道波分复用器特性

对结合interleave滤波器的1×32信道垂直耦合双环谐振波分复用器件的传输特性进行了研究,得到了器件的光学传递函数公式,对器件的参数、光谱响应、分波光谱、插入损耗以及信道间的串扰进行了数值模拟和优化.分析结果表明,通过在微环谐振波分复用器件的前端增加interleave滤波器,使信道间的串扰降低了14 dB,并且改善了器件的输出光谱形状,提高了器件的信道复用密度;同时,由于采用了在同一基片上集成,保证了器件的低插入损耗.通过参数优化,得到了中心波长为1 550 nm、波长间隔为0.4 nm、3 dB带宽为0.21 nm、插入损耗低于1.1 dB和串扰低于-32 dB的32信道密集波分复用器(DWDM).     

基于微环谐振器的超紧凑微波光子滤波器的设计

设计了一个基于硅基微环的超紧凑的微波光子滤波器,用以提高硅基微波光子器件的集成密度及增大其自由光谱范围。根据波导光学的耦合模理论,推导出双环并联谐振器的光强传递函数,并通过仿真得到了微波光子滤波器的输出特性。结果表明:当微环半径为0.79 m时,谐振器中直波导宽度为0.3 m,环形波导宽度为0.25 m,滤波器的自由光谱范围为140 nm,插入损耗为0.5 dB,半峰全宽为7 nm,此滤波器的性能完全满足粗波分复用系统的要求。     

新型的可调谐微环谐振器的设计

为了改进微机电系统中的传感器应用范围和特性参数,采用微纳光纤制作了环形谐振腔结构,设计的结构具有尺寸小、损耗低,品质因素高等优点。理论上分析了微纳光纤的光传输模式特性,通过电场的传数矩阵推导了谐振腔中的速度变化与光强变化间的关系,得到了加速度作用下微环谐振腔的谐振波长、周长、有效折射率的变化值间的函数关系。仿真结果分析表明:设计的微环波导电场波动明显,耦合效率较好;光谱强度和3 dB带宽变化较小,Q值达到104;在质量块每增加10 g时,输出光谱图约向右漂移3 nm;加速度与谐振波长漂移量基本呈线性关系,可以通过谐振波长的漂移量来实现对加速度的测量。研究结果能够为全光网络和微机电系统提供实现多种功能的光波导器件。     

基于微环谐振器的超紧凑滤波器设计

为了提高硅基光子器件的集成度,文章设计了一种超紧凑微环谐振滤波器。根据光波导理论,推导出滤波器的传递函数,仿真得到滤波器的频谱特性。结果表明,微环半径为0.63μm,直波导宽度为0.25μm,环形波导宽度为0.3μm时,滤波器自由光谱范围为170 nm,插入损耗为1.5 dB,半峰全宽为5 nm,上述性能完全满足波分复用系统对滤波器的要求。     

SoI基微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和ICP刻蚀等工艺制作出绝缘体上Si(SoI)基纳米线波导微环谐振(MRR)滤波器,波导截面尺寸为300 nm×320 nm,微环半径为5 μm.测试结果表明,器件的自由频谱宽度(FSR)为16.8nm,1.55μm波长附近的消光比(ER)为18.1 dB.通过对MRR滤波器进行热光调制,在21.4～60...     

基于半导体微环谐振器的光滤波器设计方法

提出了一种完整的基于微环谐振器的光学滤波器的系统设计方法。使用该方法可以从一定滤波特性参数出发,计算得到每个环之间的耦合系数,再根据耦合系数和器件尺寸的关系得到具体的器件尺寸,从而实现光学滤波器从性能特性到器件尺寸设计的一整套完整的解决方案。并在此基础上利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺制作了双环光滤波器,对该设计方法进行了初步的实验验证,使用扫描电子显微镜和原子力显微镜等多种测试方法证实,制作的光波导具有很好的性能,测试了其梳状滤波特性。     

可调微型环阵列加强马赫-曾德尔滤波性能分析

提出并分析了一种将微型环谐振腔阵列耦合集成在马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的一臂上实现的集成波导型滤波器结构。利用微型环阵列可在MZI的谱特性上引入多个零点和极点,从而对输出频谱进行优化,使其在中心波长1550nm处具有矩形系数为0．4的门状响应,并且保持比较大的自由谱宽(28nm)。使用新型电光聚合物作为波导材料可以对器件进行快速调谐,在折射率变化0．001时中心波长调谐1nm。     

基于微环腔型光滤波器的新型气体传感器研究

基于微环腔型光学滤波是一项正在发展中的新型气体传感技术,在工业生产、环境保护和医学等领域具有广阔的应用前景.利用微环状波导腔构成气室的吸收光谱型气体传感器具有结构紧凑、波长选择性良好等优点.通过气体吸收光谱及微环腔特性的计算和分析,对基于微环腔型光滤波器的新型气体检测传感系统的设计进行了研究和探索,分析了微环尺寸与其谐振波长、自由光谱范围之间的关系.     

Optical mm-Wave Signal Generation by Frequency Quadrupling Using an Optical Modulator and a Silicon Microresonator Filter

By adjusting the direct current (dc) bias on an electrooptic modulator to suppress the first-order sideband and subsequently using a double-waveguide micro-ring resonator to filter out the optical carrier, millimeter (mm)-wave signal was generated at a frequency of four times the 10-GHz local oscillator. A monolithic integrated silicon-based optical mm-wave signal generator by frequency quadrupling is proposed. A silicon integrated microresonator filter was fabricated and its design parameters are given. High extinction ratio optical mm-wave signal was obtained. The single sideband noise spectrum of the generated 40-GHz optical signal was measured, showing similar performance when compared with that generated by a radio-frequency synthesizer.      

内嵌光栅微环型三维立体功分/波分器

基于消逝场耦合原理、微环谐振原理和光栅反射原理,设计了一种内嵌光栅微环型三维立体功分/波分器结构。该结构采用以内嵌光栅的微环滤波层为中间层,上下两层输出波导层关于中间层对称的三维立体集成结构,使得器件同时具有滤波和功分的功能,提高了器件的集成度,级联光栅的嵌入则提高了器件的滤波特性。理论分析结果表明,该器件结构具有良好的滤波特性,并且能实现3种不同功率光信号输出。     

A novel dual-mode bandpass filter with wide stopband using the properties of microstrip open-loop resonator

A novel dual-mode microstrip square loop resonator is proposed using the slow-wave and dispersion features of the microstrip slow-wave open-loop resonator. It is shown that the designed and fabricated dual-mode microstrip filter has a wide stopband including the first spurious resonance frequency. Also, it has a size reduction of about 50% at the same center frequency, as compared with the dual-mode bandpass filters such as microstrip patch, cross-slotted patch, square loop, and ring resonator filter.     

A reduced-size dual-mode bandpass filter with capacitively loaded open-loop arms

A novel type of dual-mode microstrip bandpass filter using degenerate modes of a dual-mode microstrip square loop resonator with capacitively loaded open-loop arms is proposed. Such a dual-mode bandpass filter with a 0.75% bandwidth at the center frequency of 1.603 GHz is designed and fabricated to demonstrate the design of reduced-size microstrip filters. It is shown that the proposed filter has a size reduction of about 59% at the same center frequency, as compared with the dual-mode bandpass filters such as microstrip patch, cross-slotted patch, square loop and ring resonator filter.     

基于MIM亚波长结构的微环谐振器性质研究

文中设计了一种基于MIM结构的亚波长表面等离子体激元微环谐振器,利用时域有限差分（FDTD）方法分析了其滤波特性,并且针对1．31谐振输出波长处对谐振器进行了性能分析。结果表明这种亚波长结构的微环谐振器与现有的传统介质谐振环器件相比具有很大的优势,更加有利于集成光路的应用。