40GHz铌酸锂电光调制器

本文遵循减小损耗的思路 ,提出了复合电极的结构,设计制做了这种电极结构的调制器并进行了分析.实验测得微波传输损耗系数α0＜0.3 dB/[cm(GHz)1 /2],在29～38 GHz内相对调制指数变化约3.5 dB.     

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。     

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。     

1064nm低电压薄膜铌酸锂电光调制器

低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5 V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder, MZ)电光调制器,选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础,分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明,当调制臂长为3 mm时,该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05 V的低半波电压、0.319 dB的低损耗和27 dB的高消光比。同时,该调制器半波电压长度积为0.315 V·cm,调制效率高,具有与CMOS技术兼容的半波电压,有利于大规模光电集成。     

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。     

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。     

铌酸锂薄膜微腔激光器研究进展（特邀）

绝缘体上铌酸锂薄膜凭借铌酸锂晶体优异的光学性能和薄膜器件的易加工和可集成特性,被视为理想的集成光学平台。除了波导、调制器等传输、控制器件方面的研究之外,最近铌酸锂薄膜激光器的研究也取得了显著的进展。文中将对最近迅速发展的铌酸锂薄膜微腔激光器的研究现状进行综述。首先,介绍铌酸锂晶体和铌酸锂薄膜稀土离子掺杂的主要技术方案,以及近期有关于稀土离子掺杂铌酸锂薄膜微纳光学器件制备方面的探索;其次,总结近年来掺铒铌酸锂薄膜微盘腔、微环腔激光器方面的研究进展;然后,阐述微腔激光器体系几种常见的实现单模激光器方法的工作机理,介绍研究者们利用“游标效应”调制模式损耗等方式实现掺铒铌酸锂薄膜单模激光器的研究进展;最后,基于目前报导的铌酸锂薄膜激光器研究成果,对目前研究存在的局限性以及未来的研究方向进行了探讨。     

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.     

紧凑型纳米薄膜铌酸锂复合波导光电子可逆逻辑门

基于纳米薄膜铌酸锂与氮化硅复合波导结构,构建了光电子可逆逻辑门,应用于神经形态光子学和量子计算。该光电子可逆逻辑门的主体由两个马赫-曾德尔调制器级联而成,结构紧凑,全长仅为4.4mm,是普通质子交换铌酸锂调制器长度的百分之一。工作在1.55μm 波长时,该马赫-曾德尔调制器仅需4.9V电压就可以实现一次完整的功率交换,很好地与CMOS工艺相兼容。器件特性研究表明,该光电子可逆逻辑门能够实现可逆逻辑运算功能。此外,该器件在1.4~1.6μm波长范围内,插入损耗均值为0.6dB,输出端口的最小串扰为-47dB,消光比的最大值为41dB;在4~6V电压范围内,插入损耗均值为0.63dB,输出端口的最小串扰为-26dB,消光比的最大值为22dB,显示出了良好的响应特性。     

铌酸锂晶体的热膨胀

测量了同成分和掺镁铌酸锂晶体的热膨胀率和热膨胀系数。讨论了实验结果,并用最小二乘法对热膨胀率和热膨胀系数与温度的关系进行了多项式拟合。     

铌酸锂M-Z电光强度调制器光辐射模研究

铌酸锂马赫-曾德尔(M-Z)电光强度调制器光辐射模与光纤耦合是导致芯片与光纤组件耦合失效的主要原因。采用光纤与芯片高精度耦合扫描法对光波导和光辐射模进行扫描,研究了光辐射模中心位置分布、光辐射模输出光功率随偏置电压的变化特性,以及光辐射模、光波导与光纤耦合光能量的分布特性。测得光波导在X,Y方向的有效耦合范围分别为14～15.5μm和14～16μm,光辐射模在X,Y方向的有效耦合范围分别为89～92μm和92～96μm。根据所研究的光辐射模特性,制定了失效耦合的解决方案,解决了光辐射模耦合失效问题。     

硅酸镓镧晶体电光调制器

用新型非线性材料硅酸镓镧(LGS)晶体制作了电光调制器,研究了单晶硅酸镓镧晶体的电光效应。利用极值法和倍频法测定了硅酸镓镧晶体的半波电压值,计算出电光系数γ11分别为1.85pm/V和1.90pm/V,对比发现倍频法比极值法实用、快速、方便。测定了在0.3～0.6328μm波长内硅酸镓镧单晶的旋光率为21.1°～2.6°/mm。利用自制的高压调制电源进行了调制实验,实验结果表明:有旋光性非线性材料硅酸镓镧晶体是一种新型电光晶体,可用作电光调制器,调制信号稳定。     

Conducting Domain Walls in Lithium Niobate Single Crystals

Ferroic materials play an increasingly important role in novel (nano)electronic devices. Recently, research on domain walls (DWs) receives a big boost by the discovery of DW conductivity (DWC) in BiFeO₃ and Pb(Zr_xTi_1‐x)O₃ ferroic thin films. Here, it is demonstrated that DWC is not restricted to thin films, but equally applies to millimeter‐thick wide‐bandgap, ferroic single crystals, such as LiNbO₃. In this material transport along DWs can be switched by super‐bandgap illumination and tuned by engineering the tilting angle of DWs with respect to the polar axis. The results are consistently obtained using conductive atomic force microscopy to locally map the DWC and macroscopic contacts, thereby in addition investigating the temperature dependence, DW transport activation energies, and relaxation behavior.     

单轴晶体电光调制器的温度特性

利用线性电光效应的耦合波理论,对单轴晶体铌酸锂电光调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值计算,详细分析出射光光强随入射光方向、温度的变化关系。发现在某些入射光方向上,出射光光强不随温度的变化而变化,并且在该方向附近,角度在一定范围内是可调的,温度的稳定性可以保持。进一步还发现,当极角θ固定在0°,方位角在0~π/2,温度在243~343 K范围内变化时,调制器的温度稳定性相当好;另外,当固定在π/8,θ在0~0.0032π范围内变化时,调制器的温度稳定性也很好,出射光强对入射光强之比几乎不随温度而变化。这一结果表明,可以通过调节入射光的方向来保证调制器的温度稳定性,而这些方向是可利用线性电光效应的耦合波理论计算得出的。     

电光双向强度调制器的隔离度研究

设计和制作了应用于微波全双工收发系统的马赫-曾德尔型电光双向强度调制器。根据电光调制器中电信号对光信号的调制叠加原理,通过计算和仿真,分析了因调制电极设计电场与实际电场分布差异导致的器件隔离度劣化。通过对比不同调制电极结构的分析设计和仿真优化结果,得到3.5GHz以上频段隔离度优于-30dB的电光双向强度调制器设计结构。制备出的电光双向强度调制器在5~17GHz范围内隔离度优于-30dB。