970 nm超辐射发光二极管弯曲脊形波导数值分析

本文基于光束传播法(beam propagation method, BPM)和时域有限差分法(finite difference time domain method, FDTD)建立了分析模型,模拟并分析了弯曲脊形波导超辐射发光二极管(superluminescent light emitting diode, SLD)不同结构参数(刻蚀深度、曲率半径、脊形宽度)对波导损耗的影响和倾斜脊形波导不同结构参数(刻蚀深度、脊形宽度、倾斜角度、发射波长)对模式反射率的影响。计算表明,弯曲脊形波导的刻蚀深度和曲率半径是影响波导损耗的重要因素。刻蚀深度较浅使波导对光场的限制作用较弱,过小的曲率半径会使模式传输泄露严重,损耗大大增加。脊形宽度越大,波导损耗越小,其对波导损耗影响较小。脊形波导的端面倾斜角度是抑制模式反射率的重要因素,脊形宽度增加,模式反射率逐渐减小,并在特定的几个角度形成的奇点达到最小值。刻蚀深度对于模式反射率的影响作用较小,但随着刻蚀深度的增加,奇点发生的角度产生了向小角度偏移。在特定的倾斜角度范围内,随着波长减小,奇点的数目会逐渐增加。研究结果可对设计具有优越性能的SLD器件...     

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅.采用顶层Si厚为2μm的SOI基片,通过半导体芯片制备中的光刻工艺,在脊高为935 nm,波导宽度为2μm的脊形波导上,分别制作了刻蚀深度为565 nm和935 nm的起伏型高阶布拉格光栅,测试表明,在1540～1640 nm波长范围内,得到了大于10 dB的消光比,实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果.理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数,以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗.     

光纤耦合周期极化铌酸锂薄膜波导器件的研究

对硅基周期极化铌酸锂(PPLN)薄膜脊形波导进行了理论分析，并使用有限元软件模拟了25℃下泵浦波长为1560 nm的PPLN脊形波导的准相位匹配(QPM)周期与波导脊高和脊宽的关系。仿真结果表明，在相同脊宽(10μm)或脊高(10μm)下，PPLN脊形波导的QPM周期随着脊高或脊宽的增加而增大，最后趋于常数(即块状PPLN的QPM周期)。进一步模拟了在脊高和脊宽维持不变的情况下，PPLN脊形波导的QPM周期与温度之间的关系。结果表明，随着温度的增加，PPLN脊形波导的QPM周期逐渐减小，并且温度每升高1℃，QPM周期减小约3 nm。根据仿真结果制作了硅基片上集成PPLN脊形波导器件，将其封装成小体积的光纤入光纤出的波导，并测试了性能。当温度为24.8℃、1560 nm基频光输入功率为1.2 W时，最大输出653 m W的倍频光，光光转换效率达54.4%，归一化转换效率为20.2%·W^-1·cm^-2。     

小尺寸硅绝缘体光波导损耗测量

基于法布里-珀罗(F-P)腔理论建立了一种简单有效的硅绝缘体(SOI)光波导损耗测量方法.该方法采用端面耦合,通过测试波导反射功率谱并利用傅里叶频谱信息,完成波导损耗的测量.推导中指出了无法直接利用反射谱F-P峰峰谷值求解损耗的限制因素.应用该方法实现了对刻蚀深度为750 nm和宽度为1200 nm的SOI脊形波导损耗...     

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.     

Si基槽型光波导的传输特性分析和传输损耗的测量

对Si基槽型(slot)光波导的传输特性进行了研究。 采用三 维时域有限差分(3D-FDTD)法研究了芯层中的光功率与波导槽型宽度及Si条带宽度之间的关 系,结果显示,槽型光波导具有很好的光功率约束效率,可以达到30%以上; 分析了光功率的变化规律及其优化,综合考虑光功率和光功率密度确定波导结构参数,实现 最佳光功率分 布,横向光功率分布沿x轴方向具有很好的约束效果,沿y轴方向呈现高斯分布;分析了底部Si薄层对光 功率的影响,100nm的底部Si薄层使得芯层的光功率下降50%,减小 底部Si薄层厚度有利于光功率约束效 率的提高;采用电子束刻写(EBL)技术和等离子刻蚀(ICP)技术制备了Si基槽型光波导,实验 研究了其传输损耗,结果显示,槽型光波导具有较低的传输损耗,达到13.5dB/cm。     

PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

SOI波导弯曲损耗影响因素的分析

采用有效折射率方法EIM(effectiveindex method)和二维束传播算法(2D-BPM)对SOI(silicon-on-insulator)波导弯曲损耗的几种影响因素进行了分析.通过模拟发现弯曲损耗随弯曲半径的增大、波导宽度的增加及内外脊高比的减小而减小.同时,改进波导结构,例如在弯曲波导外侧刻槽可以减小SOI脊形波导的弯曲损耗.     

SOI波导弯曲损耗影响因素的分析

采用有效折射率方法EIM(effectiveindex method)和二维束传播算法(2D-BPM)对SOI(silicon-on-insulator)波导弯曲损耗的几种影响因素进行了分析.通过模拟发现弯曲损耗随弯曲半径的增大、波导宽度的增加及内外脊高比的减小而减小.同时,改进波导结构,例如在弯曲波导外侧刻槽可以减小SOI脊形波导的弯曲损耗.     

基于氮氧化硅与聚合物混合集成低功耗全内反射热光开关

利用具有相反热光特性的氮氧化硅(SiON)与聚合物材料,采用混合集成技术设计了一种低功耗全内反射(TIR)热光波导开关。该光开关通过在两交叉的氮氧化硅波导芯的X结中心部分制作一个深度等于波导芯厚度的狭缝,并在其中填充与波导包层相同的聚合物材料,同时在狭缝聚合物上方制作加热电极来实现开关功能。理论分析表明,通过选择与氮氧化硅折射率相匹配的聚合物材料,并优化设计单模光波导尺寸,两交叉波导间的夹角、所开狭缝的宽度以及相应的加热电极结构,对于1550nm的工作波长,开关的驱动功率在低至2.3mW时仍可实现消光比均大于36dB,串扰均小于-36dB的TE与TM模式。     

Simulation Demonstration and Experimental Fabrication of a Multiple-Slot Waveguide

A multiple-slot waveguide is presented and demonstrated through theoretical simulation. Taking a double-slot waveguide as an example, the results show a nearly 30% enhancement of optical intensity compared with the traditional single-slot waveguide with the same slot gap width. Therefore, the E-field intensity of the slot can be increased by adding another smaller slot. A double-slot waveguide with oxide and air as low index slot materials is realized experimentally and the formation processes of the slots are analyzed.     

Structural Optimization of Silicon-On-Insulator Slot Waveguides

In this letter, we theoretically investigate the potential for further improvement of the slot waveguide structure in silicon-on-insulator at a wavelength of 1550 nm. Waveguide thickness and width, as well as slot thickness are optimized with respect to the optical power confined in the slot region by taking into account the modal behavior of the structure. A single-mode criterion is defined as a function of the geometry parameters     

基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究

基于狭缝波导结构,设计了工作波长在890 nm的聚合物基微环。从折射率传感的角度详细分析了狭缝波导的模场特性。分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响。传统的狭缝波导具有较高的弯曲损耗,这会影响微环谐振器的品质因子Q以及消光比。设计了非对称的狭缝结构,保证波导模式位于波导中央传输,降低弯曲损耗。为了条形波导与狭缝波导更好的耦合,设计了基于多模干涉结构的条形-狭缝波导模式转换器。仿真表明设计的微环谐振器的传感灵敏度达到109 nm/RIU。     

硅基槽型微环谐振器及其调谐特性研究

仿真和实验研究了含槽型(slot)光波导的反馈波导型微环谐振器的特性,将槽型光波导集成到Si基微环谐振器中,丰富Si基光波导的功能,为新型光电子器件的实现提供途径。通过锥形波导结构实现从传统波导到槽型波导的模式转换,减小传输损耗,采用时域有限差分法(FDTD)研究了光功率的分布和模式转换过程。结果显示,光功率逐渐转移到锥形结构两侧的槽型波导中并最终形成槽型波导中的传输模式,通过优化锥形结构能实现较高的模式转换效率,可以达到90%以上。采用电子束刻写技术和等离子刻蚀技术制备了反馈波导型槽型微环谐振器。实验显示,锥形波导能够实现模式的转换,光传输过程良好。通过在槽型波导中填充电光聚合物来改变槽型光波导的折射率,测量结果显示,传输谱谐振峰发生了明显移动,移动幅度达到5.6nm,器件具备很好的可调谐性。     

Improvement of kink and beam steering characteristics of 0.98-μmGaInAs-GaInP high-power lasers utilizing channel ion implantation

We demonstrate a kink and beam steering free operation of 0.98-μm GaInAs-GaInP high-power ridge waveguide (RW) lasers utilizing channel ion implantation. The ion-implanted regions along the both sides of the ridge effectively suppressed the excitation of higher order lateral modes, which causes beam steering and kink. The maximum power without beam steering and kink has been achieved over 250 mW for channel ion-implanted RW lasers with 1.8-3.7-μm ridge width, compared to 120-mW maximum power without the channel ion implantation     

宽带单脊波导缝隙天线的设计

根据传输线方程推导了单脊波导辐射缝隙有源导纳的计算公式,结合三维电磁仿真软件HFSS提取了天线阵列中辐射缝隙的有源电导,设计了一个8元单脊波导缝隙线阵,实测结果表明,副瓣为-23.61dB,VSWR≤2时的相对带宽为8%,约为矩形波导缝隙天线的2倍。     

量子阱无序的窗口结构InGaAs/GaAs/AlGaAs量子阱激光器

对ＳｉＯ２薄膜在快速热退火条件下引起的空位诱导ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱无序和ＳｒＦ２薄膜抑制其量子阱无序的方法进行了实验研究。并将这两种技术的结合（称为选择区域量子阱无序技术）应用于脊形波导ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ应变量子阱激光器，研制出具有无吸收镜面的窗口结构脊形波导量子阱激光器。该结构３μｍ条宽激光器的最大输出功率为３４０ｍＷ，和没有窗口的同样结构的量子阱激光器相比，最大输出功率提高了３６％。在１００ｍＷ输出功率下，发射光谱中心波长为９７８ｎｍ，光谱半宽为１．２ｎｍ。平行和垂直方向远场发散角分别为７．２°和３０°     

波导宽边辐射缝隙的全波分析

使用时域有限差分法 (FDTD法 )对矩形波导上单个辐射缝隙的特性进行了严格分析 ,得出在不同缝隙偏置、缝隙宽度和波导壁厚条件下缝隙的谐振长度、散射参数以及等效归一化导纳等特性 ,并对‘谐振状态’的定义做了讨论 ,为高性能波导缝隙天线阵的设计提供参考     

Fabrication-Tolerant Waveguide Chirped Grating Coupler for Coupling to a Perfectly Vertical Optical Fiber

We report the simulation, fabrication, and measurement results of a waveguide grating coupler that could efficiently couple light between submicrometer-sized planar waveguides and vertical optical fibers. The coupler comprises a section of chirped grating which reduces back reflection and enhances coupling efficiency. Coupling efficiency of over 34% was measured and a 3-dB bandwidth of 45 nm was obtained. An experimental study showed that the coupling efficiency was tolerant to fabrication process fluctuations which may lead to random variations in slot width and the duty cycle of the grating periods.      

一种基于串联双环谐振器的4×4无阻塞波长选择路由器

设计了一种基于串联双环谐振器的4×4无阻塞波长选择路 由器。构成该路由器的串联双环谐振器具有良好的箱型滤波曲线,SOI脊波导截面尺寸为波 导宽度450 nm, 高度220 nm,脊高60 nm,微环半径为10 μm,实验可得其3dB带宽为0.3 nm,消光比为 35 dB,带内功率起 伏只有0.1 dB,为实现该路由器的功能提供了很好的实验基础。该波 长选择路由器有九种非阻塞线路,能够 实现四种广播模式路由,其可作为基本光学交换单元,级联多个路由器来构建更强大的片上 光网络。