条形和脊型SOI波导微环结构传感性能研究

使用时域有限差分(FDTD)方法研究了基于SOI微环谐振腔结构的条形和脊型波导,探究了微环谐振腔应用于生物传感的理论。分析了结构的几何尺寸对生物传感器灵敏度的影响。通过分析条形和脊型波导的模场分布图,解释了条形波导的灵敏度明显高于脊型波导的原因,且随着波导宽度的增加其灵敏度系数的变化遵循相同的趋势。并且,当条形波导取得最高的灵敏度系数时,其横截面是方形的,然而脊型波导的最大灵敏度值对应的却是不完全对称的几何结构。当条形波导的横截面全对称时,灵敏度达到最大值172.3 nm/RIU。     

SOI脊形光波导结构参数的研究

通过对SOI脊形光波导的模式的理论分析与计算，得出了在给定内脊高b对应的脊宽W与外脊高h的关系曲线。为这种脊形光波导的结构设计提光供了可以依赖的依据。     

双层介质加载等离子体微环的高灵敏生物传感

为了提高介质加载表面等离子体的传输距离,提出了基于双层介质加载的表面等离子体波导结构。利用有限元方法研究了介质加载的表面等离子体波导的模场分布及传输特性,并对其传感应用的波导灵敏度进行了分析。研究表明, 当低折射率介质厚度占波导总厚度的33%时,传输距离是单层介质加载表面等离子体波导的2.4倍。利用该波导结构组成的微环谐振腔被用于生物传感研究,其传感特性分析表明,传感灵敏度为411 nm/RIU,检测极限为1.210-5 RIU。双层混合介质加载表面等离子体波导的设计和研究为其进行无标记生物传感应用提供了有价值的指导。     

基于SOI的高Q微环谐振腔的研究

利用时域有限差分法,对基于绝缘体上硅(SOD的微环谐振腔的微环波导宽度对传输性能、Q值的影响进行了理论分析与仿真.研究结果表明,单模条件下,波导越宽,Q值越大.仿真优化结果表明微环半径为10μm、微环波导宽度为600 nm时,1.55 μm附近的谐振峰的消光比为18.2 dB,计算出Q值约为2.2×105.进一步研究了微环与直波导间距、平板高度对Q值的影响.耦合间距增大时,由于耦合效率降低,Q值则逐渐提高;随着平板区厚度的减小,辐射损耗会越小,因此Q值增大.研究结果为微环谐振腔的进一步优化和设计提供了参考.     

基于单个槽波导微环谐振器法诺共振的折射率传感

法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500 nm/RIU,可探测极限为4.00×10^-5 RIU;在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×10⁴ dB/RIU,可探测极限为5.52×10^-6 RIU。     

耦合间距对SOI微环谐振腔的性能影响

运用MEMS工艺制备了不同耦合间距的微环谐振腔,针对耦合间距与耦合系数、谐振深度的影响,进行了理论分析与仿真,并对结构进行耦合实验测试。测试结果表明,随着微环耦合间距的增加,耦合系数减小,谐振深度变浅,这与理论仿真一致。实际计算了相应的耦合效率、3dB带宽及品质因数,随着耦合间距增大,耦合效率降低,3dB带宽也随之变窄,微环谐振腔的品质因数逐渐提高。研究结果为微环谐振腔的进一步优化设计及其在相关领域中的研究与应用提供了依据。     

基于微环谐振腔的耦合谐振光波导反射镜

研究了一种基于微环谐振腔的耦合共振光波导反射镜.基于耦合模理论,对这种新型波导反射镜的反射光谱进行了数值分析,详细讨论了直波导与微环谐振腔之间的耦合系数和相邻微环谐振腔之间的耦合系数对反射光谱的影响.计算结果表明这种反射镜的反射光谱存在多峰结构,在弱耦合的情况下可以实现波长选择性反射滤波,并且发现在这种波导反射镜中存在类似于原子系统中电磁诱导透明现象的耦合共振诱导透明现象.     

SOI基微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和ICP刻蚀等工艺制作出基于SOI纳米线波导微环谐振滤波器。滤波器微环半径为5μm左右,波导截面尺寸为(350nm～500nm)220nm不等。测试结果表明,波导宽度为450nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8nm,1.55μm波长附近的消光比为22.1dB。通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4℃～60℃温度范围内实现了4.8nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12nm /℃。同时,研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰。     

微环差分光子生物传感器的传感性能

通过模拟仿真,研究了基于绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator,SOI）的微环生物传感器的传感性能,得出其体传感灵敏度为38.71 nm/RIU,探测极限为1.810-3 RIU,Q值为2.22104。基于该结构,分析了噪声对传感器性能的影响,包括光源噪声和温度噪声。为了降低噪声影响,设计了具有参考和探测通道的双微环差分传感器,通过差分运算扣除噪声引起的谐振波长漂移,从而可以有效降低噪声对传感器探测结果的影响。通过数值模拟和计算,其被探测物的折射率变化的相对误差减小了15.85%,表明微环差分传感器可以有效降低噪声的影响,对提高微环生物传感器的性能将有极大的促进作用。     

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。     

0.1 dB/cm waveguide losses in single-mode SOI rib waveguides

Waveguide losses as low as 0.1 dB/cm at a wavelength of /spl lambda/=1.3 /spl mu/m have been achieved in SOI rib waveguides fabricated by wet chemical etching. The single-mode waveguides have a large cross section yielding field mismatch losses to a standard single-mode fiber of only 0.17 dB/facet (both polarizations). Polarization independent fiber-chip-fiber insertion losses of 0.9 dB (best 0.5 dB) at a chip length of 60 mm have been measured.     

基于SOI结构的1×8阵列上下载微环滤波器

利用193 nm深紫外曝光的方法应用CMOS技术,在SOI片上加工制作了1×8阵列上下载微环滤波器,微环半径分别为21.0、20.5、20.0和19.5μm。通过测量直通端的透射光谱,在1 540～1 560 nm的波段上观测到微环阵列谐振波长的透射谱凹陷,对应的消光比均大于15dB,在谐振波长1559.5 nm处的消光比高达35 dB。在半径为20.5μm的微环下载端,测得的波长为1 542.6、1 546.7、1 551.0、1 555.2和1 559.3 nm的下载峰,对应的自由谱宽为4.2 nm。     

Investigation of temperature-dependent small-signal performances of TB SOI MOSFETs

This paper investigated the temperature dependence of the cryogenic small-signal ac performances of multi-finger partially depleted (PD) silicon-on-insulator (SOI) metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), with T-gate body contact (TB) structure. The measurement results show that the cut-off frequency increases from 78 GHz at 300 K to 120 GHz at 77 K and the maximum oscillation frequency increases from 54 GHz at 300 K to 80 GHz at 77 K, and these are mainly due to the effect of negative temperature dependence of threshold voltage and transconductance. By using a simple equivalent circuit model, the temperature-dependent small-signal parameters are discussed in detail. The understanding of cryogenic small-signal performance is beneficial to develop the PD SOI MOSFETs integrated circuits for ultra-low temperature applications.     

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。     

Analysis of rib dielectric waveguides

An analysis of rib dielectric waveguides based on a mode matching technique is presented. When the constituent slab guides support only one guided mode, it is shown that the cutoff condition for the higher order modes is the same as the result of the effective dielectric constant method. However, when the rib region is thick enough to support two guided slab modes, the cutoff conditions are significantly different. For this case universal design curves are produced and plotted. The results are also compared with another theory that exists to analyze such structures.     

Integral equation analysis of microring and microdisk coupled-resonator optical waveguides

We present a rigorous integral equation (IE) method for analyzing propagation in microring and microdisk coupled-resonator optical waveguides (MR/MD-CROWs). The approach is based on Green's theorem to formulate the IE for the axial field component and the Galerkin technique to obtain a homogeneous linear system between the expansion coefficients of the resonator field in terms of cylindrical wave functions. The CROW propagation constants are determined by the nontrivial solutions of the system. TE and TM polarizations are treated in parallel. Examples for single-mode MR and whispering gallery mode (WGM) MD-CROWs are presented, including coupling with WGMs of higher radial order.     

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...     

Microwave performance of SOI n-MOSFETs and coplanar waveguides

The microwave performance of 1-μm gate-length n-MOSFETs fabricated on both SIMOX and BESOI substrates was measured. The process included a self-aligned silicide in an otherwise conventional MOS sequence. Initial optimization yielded devices with an f_max of 14 GHz on BESOI and 11 GHz on SIMOX. Coplanar waveguides (CPWs) were fabricated on substrates with resistivities from 4 to 4000 Ω-cm. A loss of 1.8 dB/cm at 2 GHz was demonstrated on the 4000-Ω-cm float-zone substrate