溶胶-凝胶光波导环形谐振腔的挥发性有机化合物传感特性

采用溶胶-凝胶法制作波导环形谐振腔,讨论了环形谐振腔器件的传输特性。测量了在不同物质、不同体积分数的挥发性有机化合物(VOC)蒸气气氛下器件的传输光谱的敏感性。结果表明,谐振波长随甲醇、乙醇、丙醇等醇类化合物,以及丙酮、甲醛等蒸气体积分数的上升而向长波方向移动,具有高的灵敏度,且两者基本呈线性关系。其中,对丙醇最敏感,灵敏度达到1.403 pm/10-6。对甲烷和二甲苯也有微弱反应,但是其灵敏度很低。也测量了水蒸气对传输谱特性的影响。观察到传输谱衬比度对不同挥发性有机化合物物质蒸气的不同敏感特性。对传感机制进行了讨论。     

X波段Si基片集成脊波导MEMS环行器

基于波导传输理论设计并制备了一款Si基片集成脊波导(RSIW)微电子机械系统(MEMS)环行器,该环形器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。通过在基片集成波导(SIW)结构中添加脊梁结构,形成RSIW传输结构,使传输主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的低,从而实现相同频率下更小的器件尺寸。同时,通过电磁仿真软件对射频匹配和磁场分布进行了精确的建模仿真,完成了Si基片集成脊波导MEMS环行器的仿真设计。制备了尺寸为6 mm×6 mm的环行器样品并进行了测试,结果验证了仿真设计的准确性,其工作频率为8～12 GHz,回波损耗大于20 dB,隔离度大于18 dB,插入损耗小于0.5 dB。实现优良微波特性的同时,相比于常规的SIW结构环行器尺寸缩小了20%左右。     

端面反射和超模损耗对波导环形谐振腔输出谱线的影响

波导环形谐振腔(WRR)是集成光通信以及光学传感器领域的关键器件之一,其谐振曲线的形貌将影响系统的性能。针对谐振腔耦合器一阶超模传输损耗差异、谐振腔外直波导端面反射,利用多光束干涉叠加原理,得到了波导环形谐振腔输出谱线的表达式。利用基于单边带调制的光学矢量网络分析方法,对制备的高横纵比的氮化硅光WRR进行了谐振曲线谱的测试,证实了耦合器模式以及直波导端面反射对谐振曲线的影响,实际测试曲线与理论仿真结果拟合较好。     

聚合物/SiO2混合波导2×2热光开关的制备与测试

利用聚合物材料SU-8作为芯层、聚合物材料PMMA作为上包层、无机材料SiO2作为下包层,设计并制备了一种有机/无机混合波导2×2定向耦合-马赫曾德尔(DC-MZI)热光开关。为了保证波导中的单模传输、减小模式辐射和衬底泄露损耗、缩短响应时间并降低器件功耗,对其结构参数做了优化。利用涂膜、湿法刻蚀等工艺制备了器件样品。在1 550nm波长下,器件的交叉态和直通态的驱动功率分别为0和7.8mW(开关功率为7.8mW),交叉态和直通态的两端口串扰分别为-9dB和-12.8dB。在方波驱动电压信号作用下,测得器件交叉端口的上升时间和下降时间分别为138μs和136μs,直通端口的上升时间和下降时间分别为63μs和140μs。制备的混合结构器件综合利用了芯层聚合物材料热光系数大、上/下缓冲层厚度均较小以及Si/SiO2导热系数大的优点,因此同时具备了较低的功耗和较快的响应时间,在低功耗、快速光通信系统中具有较好的应用前景。     

8通道-1.6nm Si纳米线阵列波导光栅的设计与制作

设计了基于绝缘层上硅(SOI)材料的8通道Si纳米线阵列波导光栅(AWG),器件的通道间隔为1.6nm,面积为420μm×130μm。利用传输函数法模拟了器件传输谱,结果表明,器件的通道间隔为1.6nm,通道间串扰为17dB。给出了结合电子束光刻(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀技术制备器件的详细流程。光谱测试结果分析表明,器件通道间隔为1.3～1.6nm,通道串扰为3dB,中心通道损耗为11.6dB。     

基于SOI的16通道200GHz阵列波导光栅

设计并制作了基于绝缘体上硅(SOI)材料的1×16阵列波导光栅(AWG).该AWG器件的中心波长为1 550 nm,信道间隔为200 GHz,采用了脊型波导结构.首先确定了波导的结构尺寸以保证单模传输,并利用束传播法(BPM)模拟了波导间隔、弯曲半径和锥形波导长度等参数对器件性能的影响,对器件结构进行了优化,同时也利用BPM方法模拟了器件的传输谱.模拟结果显示:器件的最小信道损耗为4.64 dB,串扰小于-30 dB.根据优化的器件结构,通过光刻等半导体工艺制作了AWG,经测试得到AWG器件的损耗为4.52～8.1 dB,串扰为17～20 dB,能够实现良好的波分复用/解复用功能.     

有源波导环形谐振腔滤波特性分析

将掺铒有源波导材料引入环形谐振腔结构，从理论上分析了有源波导环形谐振腔的滤波特性。结果表明由于抽运光提供的增益补偿了腔内损耗，使得环形谐振腔满足临界耦合条件，实现对信号光的最佳陷波，同时发现通过改变抽运光功率，可以对精细度和带宽进行动态调谐。分析了铒离子掺杂浓度、信号光功率以及抽运光耦合系数对最佳陷波抽运功率的影响，为有源波导器件设计制作提供了理论依据。     

无磁性光子晶体类T型非互易性双通道滤波器设计

基于无磁性二维光子晶体设计了一种由直线波导及矩形谐振腔构成的类T型非互易性双通道滤波器。矩形谐振腔具有局域多频率电磁波且电磁波传播方向可调的特性，直线波导的结构尺寸决定了其对不同对称性电磁波的承载能力。利用矩形谐振腔和直线波导的特性实现了非互易性双通道滤波功能。实验结果表明：正向传输情况下，滤波器实现了中心波长分别为1534 nm和1574 nm，带宽分别为16 nm和8 nm的滤波传输，对应的插入损耗分别为0.4 dB和0.36 dB，通道间隔离度为33 dB和22 dB；反向输入情况下，电磁波对称模式的不匹配导致无法传输。这表明设计的双通道非互易滤波器滤波效果良好，在未来全光通信集成领域具有潜在的应用价值。     

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.     

基于聚焦离子束技术的可见光光子调控

采用晶圆级工艺,制备了一种单片集成光源和直波导的硅基氮化镓光电集成器件,结合聚焦离子束技术,使用Ga离子束在直波导上刻蚀形成了一个布拉格反射镜（DBR）,并对器件的光子调控功能进行研究.特殊的InGaN波导结构使得器件在制备过程中不再需要复杂的硅移除和晶片背面减薄工艺,硅衬底可以保持完整.实验结果表明,作为光源的多量子阱发光二极管（MQW-LED）具有良好的电流-电压特性.MQW-LED开启后部分光子耦合进直波导,被限制在波导内向前传输,在DBR处发生全反射并部分衍射到自由空间中.由器件的电致发光光谱可知,制备在波导上的DBR对波导内传输的光子进行了有效调控.     

Thermally tunable integrated optical ring resonator with poly-Sithermistor

Doped polysilicon is applied as a thermo-optic heating element to temperature tune the ring resonator based on silicon nitride rib waveguides on silicon. The ring diameter is 2 mm allowing a large free spectral range of 26 GHz. For the first time, a poly-Si resistor is used as a thermistor to measure waveguide temperature. The temperature coefficient of the poly-Si thermistor is 9.5×10^-4/°C. The reproducibility of the temperature measurement is 0.3°C. The finesse of the ring resonator is 77. The propagation loss of silicon nitride rib waveguide is 0.5 dB/cm at the wavelength of 1.312 μm. The temperature tuning of the ring resonator and the in situ supervision of the temperature on chip based on the same poly-Si fabrication process may find use especially in optical sensor applications     

X波段SIW广义切比雪夫超结构滤波器设计

基于基片集成波导设计了一种正交分裂环谐振器,并证明了该谐振器具有双负特性。将该超结构放置于双层基片集成波导中,得到了具有频率选择特性的四端口耦合结构。将加载正交分裂环谐振器的耦合结构与广义切比雪夫滤波器相结合,设计了一种X波段SIW广义切比雪夫超结构滤波器。仿真结果表明,设计的滤波器满足了中心频率为10.519 GHz、相对带宽为0.25%、通带内的插入损耗小于-1 dB、回波损耗小于-20 dB的技术指标。     

200-GHz FSR periodic multi/demultiplexer with flattenedtransmission and rejection band by using a Mach-Zehnder interferometerwith a ring resonator

A periodic multi/demultiplexer that has a square spectrum response with a 200-GHz free spectrum range was fabricated using a modified Mach-Zehnder interferometer with MMI couplers, a delay line, and a ring resonator. A large enhancement of the FSR is obtained by using a deep ridge waveguide. The transmission bandwidths of 1 dB down and -15-dB rejection are about 75 GHz and over 50 GHz, respectively     

Wavelength-Dependent Model of a Ring Resonator Sensor Excited by a Directional Coupler

The spectral characteristics of a ring resonator made of Si photonic wires are modeled using mode expansion of supermodes of the directional coupler. The influence of the coupling coefficient, loss factor and waveguide dispersion on the spectral features are analyzed in detail. The model is then compared with the experimental data of a ring resonator designed for sensing purposes. The model that includes a wavelength dependence on coupling length reproduces the large variations of the envelope of the experimental spectrum, when coupling coefficient cover its full range from 0 to 1. Fitting parameters explain the details of the experimental spectrum and contribute to the sensor optimization, as well as illustrating general guidelines for ring resonator design.     

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。     

Non-blocking wavelength channel switch using TO effect of doubles series coupled microring resonator

A non-blocking wavelength channel switch (non-blocking tunable filter) using the thermo-optic (TO) effect of a double series coupled polymer microring resonator is demonstrated. This device can switch a wavelength channel without blocking other wavelength channels. An extinction ratio of more than 10 dB was realised.     

Multipath structure for FSR expansion in waveguide-based optical ring resonator

A multipath structure of a ring resonator is proposed to expand the free spectral range. Simulation work indicates that the multipath ring resonator has 25 GHz-adjacent-channel crosstalk of -41 dB, maximum interchannel crosstalk of -18 dB, and -1 dB bandwidth of 4 GHz for a typical expansion factor of 10. The results show the advantages of characteristics compared with a double-cavity ring resonator and a triple-coupler ring resonator.     

Ring resonator composed of low loss polymer waveguides at 1.3 mu m

A channel waveguide ring resonator was successfully fabricated using polymers synthesized from deuterated methacrylate and deuterated fluoromethacrylate. Resonance curves with a finesse of 14.8 and an extinction ratio of 0.83 were obtained at a wavelength of 1.3 mu m. The corresponding waveguide loss was estimated to be 0.10 dB/cm. In addition, the temperature and polarisation characteristics of the resonance were investigated.<>     

S波段温度补偿型FBAR窄带滤波器的研制

研制了一种以SiO2材料作为温度补偿层的S波段温度补偿型薄膜体声波谐振器(FBAR)窄带滤波器.研究了SiO:层厚度对FBAR温度漂移特性的影响,对不同厚度SiO:层时的温度补偿特性进行了仿真.仿真结果表明,当Mo/AlN/Mo的厚度为0.15,1.35和0.15 μm,SiO2层的厚度为10 nm时,FBAR的频率温度系数(TCF)约为3×10-6/℃.采用MEMS工艺制备了温度补偿型FBAR滤波器芯片并进行了测试.测试结果表明,滤波器的中心频率为2 492 MHz,中心插损为3.74 dB,3 dB带宽为17 MHz,相对带宽为0.68％,在2 477和2 507 MHz处阻带抑制分别为27.44和33.81 dBc.在三温(常温25℃、高温85℃、低温-55℃)对该滤波器的S参数进行了测试,计算得出频率温度系数为5×10-6/℃.与未加入温度补偿层的传统滤波器相比,频率温度系数改善明显.     

Differential Polarization Delay in Coupled-Resonator Optical Waveguides

An integrated device capable of dynamically controlling the differential delay between two orthogonally polarized data channels is presented. The polarization-selective delay is induced by exploiting waveguide birefringence in a ring-resonator coupled resonator optical waveguide. A prototype realized in silicon-oxynitride technology is employed to manage the differential delay between two polarization-division-multiplexed channels modulated up to 10 Gb/s over several bit-slots. Reconfiguration is achieved by thermo-optic effect with 1-ps delay accuracy. Back-to-back and propagated bit-error-rate measurements show minor deterioration of the signal with negligible polarization crosstalk.