串联微环谐振器的光学特性

根据波导耦合方程,导出了串联微环谐振器的传输矩阵,并分析了环数、环间耦合系数以及损耗对串联微环谐振器输出特性的影响。数值模拟表明,串联微环谐振器具有光子带隙的特征。当环数增加时,通带内满足谐振条件的波长数增加;当环间耦合系数增加时,可使通带带宽加宽;通过适当选择环数和环间耦合系数,可以实现滤波和波分复用(WDM)的功能。选用脉冲宽度为50 ps的高斯型激光脉冲注入微环谐振器,发现当环间耦合系数较小时,出射脉冲相对于入射脉冲具有光学延迟的效果,并且随着环数的增加,延迟时间逐渐增大,而当环间耦合系数较大时,光学延迟效果不明显。     

半导体微环谐振器及在光学滤波中的应用

半导体微环谐振器结构紧凑、集成度高、功能丰富,是构建超大规模集成光子回路最有潜力的代表之一．目前,它已广泛用于通信滤波器、延迟线、传感器、微激光器和光存储等方面,并成为集成光电子、光通信和光信息处理领域的研究热点．在研究介绍微环谐振器的工作原理基础上,分析了侧向耦合和垂直耦合微环谐振器的优缺点,总结了半导体微环谐振器在无源、有源和可调谐滤波器方面的应用和最新进展．     

带尾纤的全光型硅微谐振器

带尾纤的全光型硅微谐振器引入了集成光学技术,具有独立的拾振光路和简单易行的拾振方式,可以完全脱离光学平台运作．对带尾纤的全光型硅微谐振器进行了实验测量及较详细的理论分析,给出了悬臂梁振子的固有谐振频率、谐振频率的总温度系数、悬臂梁对简谐激励的响应等表达式;归纳出了该谐振器具有光纤与振子间未对准误差容限较大,输出测量信号与光纤有效光学长度无关及振子谐振频率不受硅片内应力影响等特点．     

基于微环谐振器的光学数模转换器

提出并实现了一种基于微环谐振器的2位光学数模转换器,该器件由2个微环谐振器和2个1×2光学分束器构成,该结构可以将一个2位电学数字信号转换成一个光学模拟信号。在SOI晶圆上制备出该光学数模转换器,采用热光效应调制微环谐振器。在输出端口得到光学模拟信号。通过静态光谱测试,确定微环谐振器的驱动电压和工作波长,最终展示了50ksamples/s的动态数模转换结果。     

基于集成微环谐振器的可变系数微分方程光子计算

基于硅基片上微环谐振器,提出了一种系数可变一阶光子微分方程的光子计算方法,实现了不同系数的光子微分方程超快速求解.基于耦合模理论,对微环谐振器的传递函数进行了时域与频域的分析,所设计的硅基脊形波导刻蚀深度为220 nm,宽度为500nm,微环谐振器形状为跑道型,由两个半圆夹两根长直波导组成,半圆半径为30 μm,直波导长度为60.75 μm,能够实现微分方程a与b系数可调谐,仿真得到的调节范围为a0:1.500 7×1010～1.556 2×1010,b0:4.534 3×109～5.647 3×109.同时,仿真实现了温度调节电控,分析了系数不同的微分方程的数值求解过程,并在归一化后与真实微分方程曲线进行了对比,误差不超过0.02.     

基于两个级联微环谐振器的电光导向光学译码器

实现了一种基于两个级联微环谐振器的导向光学译码器,器件利用等离子色散效应调制微环谐振器。制作工艺误差引起的两个微环谐振器谐振波长不一致可以通过微环谐振器上热极进行补偿。码型发生器产生的两个电学信号驱动微环谐振器的PIN结,由四个输出端口的光学信号给出译码结果。通过对器件的静态光谱分析得到工作波长和驱动电压。最终实现了100Mbps的动态译码结果。     

基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件

光学导向逻辑器件是采用光开关网络执行逻辑运算的典型应用,光学网络中每一个开关的状态由施加到该开关的电学布尔信号决定。网络中每一个光开关的操作都是独立于其他光开关的操作,并且操作运算结果以光速在网络中传播。因此,光学导向逻辑器件具有非常高的运行速度,且总延迟非常小。硅基微环谐振器由于其尺寸小、功耗低、与CMOS工艺兼容等特性成为构建光学导向逻辑器件的理想单元器件。基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件很容易实现大规模集成和低成本制备,已经提出并实现的基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件包括"或/或非"、"与/与非"、"异或/同或"、编码器、译码器和半加器等。回顾了本课题组基于硅基微环谐振器实现的光学导向逻辑器件的研究成果和该领域的最新发展。     

微环谐振器中各参数对光速控制输出脉冲畸变的影响仿真分析

利用微环谐振器进行光速控制时,各参数对光脉冲传输的影响是不可忽略的,它除了导致光脉冲展宽,还引起脉冲的畸变。基于微环谐振器的传输特性,推导了单环谐振器的二阶色散和三阶色散表达式,针对无损耗/增益情形,分析了利用微环谐振器进行光速控制时,高阶色散和输入脉冲中心波长对输出脉冲畸变的影响,分析了损耗/增益对单环谐振器输出脉冲畸变的影响。结果表明,二阶色散导致脉冲展宽,三阶色散导致脉冲畸变,输入脉冲中心波长位置影响脉冲分裂谷底的深浅,而损耗和增益影响脉冲畸变情况。为利用微环谐振器实现光速控制的应用提供了设计优化依据。     

基于硅基微环谐振器的Fano共振线型产生和调谐研究进展

Fano共振的线型具有明显不对称特征,在光学通信、调制和传感等领域中极具应用潜力。首先对微环谐振器的各种线型进行了介绍,强调了Fano共振线型的独特优势,其次依据结构分类梳理了国内外基于硅基微环谐振器产生Fano共振的研究现状,然后介绍了基于热光效应的Fano共振调谐的研究进展,最后展望了硅基微环谐振器的Fano共振的发展及应用。     

新型微环谐振器双环模型的滤波特性分析

设计了一种新型微环谐振器,其基本结构由圆角正方形波导与条形波导组成.根据波导光学的耦合模理论,推导出双环串联和双环并联的圆角正方形微环谐振器的光强传递函数,并通过数值模拟分别获得这两种模型的谐振器的输出特性.结果表明:与传统的圆环形谐振器相比,圆角正方形结构微环谐振器的输出光谱的通带宽、谐振峰平坦、自由光谱区范围大,更...     

基于硅基槽型微环谐振器的集成生物传感器

本文对一种基于槽型微环谐振器的生物传感器进 行了研究,通过微环谐振器与槽型波导的结合,增强光与传感媒质的相互作用,减小传输损 耗的制约影响。采用时域有限差分法(FDTD) 研究了波导有效折射率随传感物质材料折射率的变化,结果显示它们呈线性关系,这为折射 率的 有效传感提供了可能。采用电子束光刻和等离子体刻蚀技术在SOI基片上制备了样品,SOI 基片 的顶层硅和埋入氧化层的厚度分别为220 nm和2μm,微环谐振器的 微环半径为30 μm。采用波 导光栅耦合器来实现光的输入和输出,频谱测量显示槽型微环谐振器的品质因数达到了2940, 通过测量传感器表面覆盖不 同浓度的氯化钠溶液时光谱谢振峰的变化,得到传感器的灵敏度 和检测极限分别为980.24 nm/RIU和5.4×10－4 RIU。     

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

设计了一个工作频率在太赫兹大气传输第一窗口的硅基波导型微环谐振器。利用传输矩阵法和耦合模理论计算微环谐振器的传输函数,并对波导耦合系数进行分析,获得微环谐振器的临界耦合条件。采用时域有限差分法分析微环谐振器的性能参数,并与串联双环谐振器性能参数相比较。结果表明：单环谐振器的自由谱宽范围为27 GHz,插入损耗为0.3 dB。单环与双环谐振器的响应谱线形状因子分别为0.16和0.52,即串联双环谐振器使谐振谱线顶端更平坦,滚降度增高。Abstract：关键词：     

金刚石色心调控及光学谐振器的研究进展

金刚石因其优异的光学特性和色心发射器而被应用于光子器件领域。光学谐振器是一种微纳米光学结构,基于有限模体积内的光-物质相互作用增强,能够将金刚石色心的发射与谐振器的增强效应相结合,有选择性地增强色心的发射,用于在光子电路中提供稳定且强度充足的光学信号。近年来,金刚石微纳加工技术的发展推动了金刚石光学谐振器的研究和应用。本文总结了金刚石光学谐振器的研究现状,概述了金刚石的基本性质、合成与加工方法,介绍了金刚石色心的生成以及其与光学谐振器的耦合原理,梳理了三种不同类型的金刚石光学谐振器的研究进展,并对未来金刚石光学谐振器的发展进行了展望。     

并联微环谐振器耦合诱导透明传输特性研究

通过对并联微环谐振器传输特性进行研究分析,针对结构参数影响耦合诱导透明效应的问题。文中采用微环传输矩阵理论得出传输函数表达式,利用Matlab软件仿真了各参数变化对透明效应的影响。研究结果表明,耦合系数k的增大,传播损耗系数a的减小或两环间距L的增大,均会使透明效应减弱;微环半径R的增大,透明效应无明显的变化,但谐振波长发生改变。     

微环谐振器的弯曲损耗

通过解弯曲波导的正规模的方法,从理论上分析了微环谐振器的弯曲损耗与微环的直径、宽度和厚度间的对应关系,给出了微环谐振器的弯曲损耗与微环芯和周围介质折射率对比间的关系.将上述的计算结果与保角变换方法的计算结果进行了比较.设计了微环谐振器的特征参数.     

中红外集成光子传感系统研究进展（特邀）

近年来,中红外（波长范围2~20 μm）集成光子学因其潜在的应用场景如吸收光谱、热成像、自由空间光通信等而受到了广泛的关注。中红外波段包含了多个大气透明窗口,有着作为气体传感应用的先天优势,并且得益于近红外成熟的器件设计测试流程与微纳加工技术,一些近红外的应用也能够较快地拓展至中红外波段。此外,集成光子器件在一些传感应用中不仅可以做到媲美传统设备的灵敏度,同时还具有低功耗、低成本、结构紧凑,易于与其他设备集成的特点。因此,中红外集成光子传感器件在未来将会在工业检测、科学研究、医疗诊断、军事安防、民用生活等领域中不断发挥出重要的作用。文中对中红外传感系统的三个主要部分:传感单元、光谱仪和探测器做出了简要介绍,展示了目前中红外集成光子传感器件的研究进展,并对其未来发展做出了展望。     

短波中红外硅基光子学进展（特邀）

短波中红外光学（2~2.5 μm）在通信测距、卫星遥感、疾病诊断、军事国防等领域具有广泛的应用。作为短波中红外光学系统的关键核心部件,集成光电器件的开发一直都是重点的研究领域。得益于硅基材料超宽的光谱透明窗口,其在开发短波中红外集成光电子器件方面极具发展前景,近年来获得了广泛的关注。文中简要讨论了短波中红外硅基光子学的应用前景,从无源波导器件（包括波导、光栅耦合器、微型谐振腔、复用/解复用器等）、非线性光学波导器件和光电波导器件（包括调制器和探测器等）三方面综述了短波中红外硅基光子学的发展历史和前沿进展。     

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).     

硅基微纳光电子系统中光源的研究现状及发展趋势

综合微电子学及微纳光学的优势,硅基微纳光电子学正在快速走向实用阶段.与微电子制造技术兼容的微纳光子器件,包括调制器、探测器、分束器以及耦合器等均取得了重要的突破.但硅基微纳光源的研究则仍处在探索阶段.外部光源在多大程度上能代替片上光源?片上光源的最佳选择是什么?介绍、分析了目前硅基微纳光源的研究现状及进展,并对片上光源的研究趋势进行展望.     

全光纤串联双环谐振器的滤波特性研究

基于传输矩阵法,分析了串联双环谐振滤波器传输特性,推导出了通路和下话路的传输函数表达式及最佳耦合条件。在忽略损耗情况下,计算分析了耦合系数和微环半径对滤波特性的影响,并进行了参数优化。计算结果表明:当串联双环半径分别为40μm和50μm、微环与直波导耦合系数为0.2时,滤波器的自由光谱范围能够达到22 nm且3 dB带宽仅为0.27 nm,从而能够实现在50 GHZ间隔的密集波分复用系统中仅对某一特定波长进行滤波。