高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器 （特邀）

硅基光子集成平台因其高集成度、CMOS工艺兼容性等特点在光通信领域受到了广泛的关注，而电光调制器作为光通信系统中最为重要的器件之一，承担着将电信号加载至光信号上的关键作用，为打破硅基调制器的性能限制，可利用硅和铌酸锂的大面积键合技术以及铌酸锂低损耗波导刻蚀技术实现高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器，目前该类调制器的性能可达半波电压3 V，3 dB电光带宽超过70 GHz，插入损耗小于1.8 dB, 消光比大于40 dB。文中对比了硅和铌酸锂异质集成调制器的研究现状并介绍了该异质集成薄膜调制器的结构设计与工艺实现方法。     

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。     

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。     

高速铌酸锂电光调制器研究进展

薄膜铌酸锂调制器因其小尺寸、高带宽、低半波电压等优点,成为近年来业内关注的热点。文章梳理了铌酸锂电光调制器的波导结构、电极结构及偏置点控制技术三个方面的相关研究进展,分析了平面掩埋、脊型、光子晶体等三种不同结构波导的调制器性能,讨论了铌酸锂调制器集总和行波两种电极结构的特点及其设计考量因素,对比了电光调制器偏置点控制中功率法和导频法的优缺点及其相关研究成果。在此基础上,进一步分析了为实现更小体积与更高带宽铌酸锂调制器所需的关键技术以及未来的研究方向。     

基于激光相控阵原理的相位调制器半波电压测量方法

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标, 针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题, 提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法.通过理论分析, 得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式.搭建了12 全光纤激光相控阵光路, 对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量, 改变相位调制器的加载电压, 记录多幅远场光强分布图, 通过求平均值减小测量误差, 而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线.结果表明, 该方法测量装置简单, 不仅可以精确地测量半波电压, 还可以对相位调制线性度进行分析, 具有重要的工程应用价值.     

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。     

集成光学光纤陀螺芯片

本文首次报道了国内研制的集成光学光纤陀螺芯片,详细描述了其设计考虑与制作。单 Y 型多功能钛扩散铌酸锂芯片包含消光比大于35dB 的薄膜波导偏振器、分束比为49.5/50.5的3dB 分束器/合束器、半波电压小于5伏的相位调制器,光纤—器件—光纤插入损耗为5.4dB。     

铌酸锂低半波电压电光调制器研究

对降低铌酸锂(LN)电光调制器的半波电压进行了研究,探索了利用反射结构实现低半波电压的原理.通过退火质子交换工艺在x切LN晶片上制作了反射结构的LN电光调制器.测试表明,这种反射结构的LN电光调制器在保持器件长度不变的条件下可以降低半波电压.     

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。     

低驱动电压X切铌酸锂长周期波导光栅

研究了在X切铌酸锂基底上制作沿Y方向传输光的电光长周期波导光栅的理论模型。利用有效折射率法和射线法进行理论分析获取波导的各项参数。针对所建议的波导光栅结构,将调谐电极置于波导两侧,无需跨过波导就可获得最大的电光调制。该结构的电极间距小（小于10μm）,使得在较小的驱动电压（1．6V）下就可以实现阻带幅度高达28dB的长周期波导光栅。对该光栅模型的研究为开发低驱动电压的高速电光长周期光栅提供了理论依据。     

交叉耦合效应对M-Z调制器谐波抑制比的影响

针对微波光子链路低噪声高线性度的应用需求,研究了Mach-Zehnder (M-Z)型电光调制器波导交叉耦合效应对谐波抑制比的影响。首先通过OptiBPM和MATLAB联合仿真发现波导间交叉耦合效应会导致调制器射频电极与偏置电极工作点的偏移,进而降低谐波抑制比;其次利用特制的窄波导间距铌酸锂调制器实测验证了该现象,最后提出了一种能快速检测M-Z型电光调制器交叉耦合效应的方法。文章不仅探索了波导结构对谐波抑制比的影响,还为用于微波光子技术的脊波导及光子晶体薄膜铌酸锂调制器的研制提供了一定参考。     

Low Half-Wave Voltage X-Cut Thin LiNbO $_{3}$ Sheet Optical Phase Modulator With Asymmetric Coplanar Waveguide Electrode

We present a novel X-cut lithium niobate optical phase modulator. Low driving voltage was realized by adopting both an X-cut thin LN sheet structure and an asymmetric coplanar waveguide electrode. A low half-wave voltage of 2.9 V in 20-GHz operation was obtained.      

Low-loss electrooptic BaTiO/sub 3/ thin film waveguide modulator

A strip-loaded electrooptic waveguide modulator based on an epitaxial BaTiO/sub 3/ thin film was fabricated and characterized for the first time. The strip-loaded waveguide structure greatly improves waveguide propagation and polarization-dependent loss performance. A propagation loss of 1.1 dB/cm and polarization dependent loss of 0.1 dB/cm were measured. The electrooptic waveguide modulator exhibited a half-wave voltage-interaction length product of 4.5 V /spl middot/ cm at a wavelength of 1542 nm. The measured effective electrooptic coefficient of the as-grown BaTiO/sub 3/ waveguide modulator was 38 pm/V. The experimental results indicate that a strip-loaded thin film waveguide modulator is suitable for photonic applications.     

基于宽度调制谐振腔的光子晶体电光调制器

针对目前电光调制器插入损耗高的问题,提出了一种基于宽度调制(WM)型谐振腔的光子晶体电光调制器。该器件由输入端纳米线波导、硅基光子晶体波导和WM型谐振腔组成,前二者的连接处采用锥形结构,用于减少2种波导之间的级联损耗。根据时域耦合模理论与等离子体色散效应,采用WM型谐振腔和PN掺杂结构实现对横电(TE)模的调制,并应用二维时域有限差分法对其性能进行仿真分析。仿真结果表明:该器件在调制电压为1.24 V时可以实现中心波长为1553.91 nm的TE模窄带通断调制功能;在工作波长为1550~1560 nm时的插入损耗为0.16 dB,消光比为19.73 dB,调制深度为0.9894,Q值达1.5×104,尺寸约为20μm×9μm。     

High-Speed X-Cut Thin-Sheet LiNbO3 Optical Modulator With Folded Structure

We propose a small-footprint X-cut thin-sheet lithium niobate optical modulator with high-speed and low-driving-voltage characteristics. Since an optical waveguide is folded by a mirror placed at one edge of the modulation chip, the chip can be shortened by about half. In addition, a wide modulation bandwidth can be achieved, because the path-length difference between the optical waveguide and the coplanar-waveguide (CPW) electrode is decreased to as short as possible by placing the CPW electrode as far as possible along the optical waveguide in the folded portion, and the microwave effective index is set to realize effective velocity matching between the lightwave and the microwave. A small footprint of 1.78 times 29 mm, a low half-wave voltage of 2.0 V at dc, and a 3-dBe modulation bandwidth of 20 GHz were obtained.     

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.     

40 GHz, low half-wave voltage Ti:LiNbO/sub 3/ intensity modulator

A 5 V half-wave voltage (V/sub pi /) electro-optic Ti:LiNbO/sub 3/ intensity modulator with a -7.5 dB (electrical) optical response at 40 GHz is demonstrated at 1.3 mu m. A thick electrode structure is used in conjunction with a thin substrate to achieve a near optical-microwave phase match and a broadband electrical response.<>