日本研制成功硅纳米线定向耦合器

日本NEC公司和日本光电子工业与技术发展协会及东京大学的科学家们第一个成功研制出Si纳米线定向耦合器。该Si纳米线定向耦合器比传统的用玻璃光纤、基于半导体SiO2或铌酸锂波导制作的定向耦合器尺寸小得多。与传统定向耦合器的几个mm的长度相比较，Si纳米线定向耦合器的总长度≤50μm。由于Si芯与SiO2包层之问的折射率差很大（分别为3．5和1．5），Si纳米线波导的S形弯曲的曲率半径小得多，所以弯曲损耗小。此外，传统的定向耦合器的典型耦合长度为几百μm或甚至为几个mm，而Si纳米线定向耦合器的耦合长度≤10μm。     

日本研制成功硅纳米线定向耦合器

日本NEC公司和日本光电子工业与技术发展协会及东京大学的科学家们第一个成功研制出Si纳米线定向耦合器。该Si纳米线定向耦合器比传统的用玻璃光纤、基于半导体SiO2或铌酸锂波导制作的定向耦合器尺寸小得多。     

一种光集成定向耦合器的优化

本文研究的定向耦合器是由两条平行的光波导组成,每个波导具有三个折射率台阶。折射率分布与工作波长约为λ=1.3μm四元的InGaAsl'/InP装置相符合。在2C—150λ范围内给定一个耦合器长度,为了获得最高耦合效率,对各层的折射率和厚度进行了优化。     

梯形截面硅基垂直多槽纳米线定向耦合器全矢量分析

采用一种基于三电场分量的全矢量有限元法,其中引入了完善匹配层(PML)吸收边界条件,分析由梯形截面硅基垂直多槽纳米线构成的平行定向耦合器.考虑了波导侧壁倾角、耦合波导间距、槽宽及槽折射率的变化对定向耦合器性能的影响.给出了准TE与准TM偶、奇模有效折射率、耦合长度及模场分布,揭示了其模式的混合特性及模场分布特点.分析结果表明,恰当选择结构参数及材料参数,可实现两偏振态下相同耦合长度,定向耦合器在偏振无关条件下工作.     

基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器

利用有限元方法和时域有限差分方法,优化设计了一种结构紧凑的基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器。考虑到方向耦合器的波导间隙较小时制作工艺较为困难,且模式失配会引入一些损耗,因此波导间隙取约100nm较为合适。通过优化脊型纳米线光波导的几何尺寸(脊高和脊宽)、耦合区波导间隙,使得偏振分束器长度最短。数值计算结果表明经过优化的偏振分束器最短长度大约为17.3μm,偏振分束器的消光比大于15dB时,波导宽度制作容差为-20～10nm,带宽约为50nm。     

1.3μm GeSi/Si异质结波导光栅耦合器的设计

分析了导模-辐射模耦合理论和利用经塔米尔的传输回路方法论改造过的扰动理论进行解析的结果。根据上述理论对1.3μm GeSi/Si异质结波导光栅耦合器波导层的厚度、槽形、长度、宽度、周期、槽深等做了近似的设计。     

一种可运用于THz波段的新型定向耦合器

根据分支波导定向耦合器的工作原理,并结合考虑MEMS 刻蚀工艺,设计出一款应用于THz 波段的10dB 波导定向耦合器。该定向耦合器在传统的分支线结构上加以改进,将传统分支线耦合结构改进成新型"田"字型耦合结构,性能较好,并提高了可加工性。通过HFSS 软件仿真,该定向耦合器在0. 33 ~0. 35THz 频段内耦合度为10dB,隔离度达到30dB 以上,各端口回波损耗小于-30dB,整体插损小于0. 2dB。     

非对称GNRD波导耦合特性的计算

本文将两种尺寸不同的波导相互耦合可实现宽带耦合器的原理用于GNRD波导定向耦合器的设计。根据对非对称GNRD波导耦合特性的理论分析,定性讨论了各种非对称情况对耦合特性的影响;并设计了3dB GNRD波导非对称定向耦合器。计算结果表明其在8mm波段,耦合频带比原对称时的明显平坦。     

小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器设计

提出了一种小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器,采用新颖的阶梯结构,将两个单通道耦合器结合,可在双通道内实现相同的耦合输出。研究结果表明,在180~260 GHz的频率范围内,该耦合器的耦合度为10 dB,输出最大误差小于1.6 dB,回波损耗大于25 dB,隔离度大于35 dB,相对带宽达到36%。与传统的太赫兹波导定向耦合器相比,该耦合器能够实现双通道的耦合输出,在太赫兹系统中可用于双通道的功率检测、功率合成与分配。     

顶部平坦化32通道AWG的设计与研制

根据优化输入端多模干涉器(MMI)结构设计,研制出32通道50 GHz通道间隔、顶部平坦化的阵列波导光栅(AWG)器件。该器件的采用6μm×6μm折射率差为0.75%的Si基SiO2埋型波导结构,阵列波导数为130,罗兰圆半径为9 419.72μm,相邻阵列波导长度差为128.42μm。测试结果表明:AWG器件插入损耗(IS)为-5~-8.5 dB,串扰>-25 dB,3 dB带宽>0.25 nm。     

新型2×2聚合物波导垂直耦合器的研究

对2×2聚合物波导垂直耦合器的理论设计和制作过程进行了研究.首先,利用光束传播法(BPM)设计并研究了垂直耦合器的关键参数(交叉角、垂直耦合层厚度)与耦合效率和消光比之间的关系.模拟结果表明,耦合效率最高为93%,消光比最高为29dB.其次,利用标准光刻工艺制作了波导尺寸为4×4 μm,垂直耦合层厚度为2μm,相对交叉角为1.0°的聚合物波导垂直耦合器.实验结果表明,采用聚合物制备波导垂直耦合器,具有工艺简单、灵活的优点.     

基于光子晶体和纳米线波导的马赫-曾德尔型调制器

提出了一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫-曾德尔型调制器.该调制器由硅基光子晶体平板波导、纳米线波导和光子晶体多模干涉耦合器(MMI)构成。在光子晶体与纳米线波导连接处采用了锥型结构,用于减少模式失配造成的损耗。利用时域有限差分法(3D-FDTD)进行仿真分析,结果表明,该调制器在工作波长1 550 nm下的插入损耗为0. 3 dB,消光比为15. 1 dB,器件尺寸仅46μm×8μm×0. 22μm,调制带宽可以达到68 GHz,且工作区域覆盖了以1 551 nm为中心波长20 nm的通信波段。该调制器结构紧凑,易于集成,可应用于高速光通信系统。     

一种新型微波大功率双定向耦合器的设计

分析了现有微波大功率测量装置中定向耦合器的优缺点,提出了一种新型的用于测量微波大功率信号的双定向耦合器。该双定向耦合器可以同时测量传输信号和耦合信号,在小孔耦合的基础上利用耦合片实现信号的耦合。耦合片安装在耦合头内部,耦合头作为一个独立的装置可以根据波导的尺寸调整安装位置。通过调节耦合片与波导的距离,祸合系数可以在一定范围内调节。利用HFSS进行了全波电磁场仿真,在ISM频段利用BJ-26波导验证了设计。该双定向耦合器体积小,易于装配,特别适用于大功率、双向测量的场合。     

slot波导包覆层对功率密度的影响

理论模拟研究了硅基绝缘(SOI)的slot波导中槽内限制功率与slot波导的结构参数以及包覆层折射率的关系.结果表明,如果包覆层的折射率偏离衬底SiO2的折射率,相同参数下的slot波导的传输损耗大于包覆层为SiO2的结构的传输损耗.分析表明,如果包层与衬底折射率不同,限制的光功率会从slot缝隙中渗透到折射率较高的衬底或者包层中,从而引起能量的损耗.理论模拟得到了在缝隙宽度为0.12μm的情况下,slot波导槽内最大的光功率限制为28.54%,这个值包含了纳米线波导与slot波导直接耦合产生的耦合损耗以及slot波导自身的传输损耗.     

一种表面等离子体激元定向耦合器的传输特性

利用三维全矢量时域有限差分法(FDTD)数值模拟了一种波导间隔金属条高度小于金属层厚度的表面等离子体激元(SPP)定向耦合器,并分析了其在基模传输时的模式场分布和能流密度分布,讨论了耦合长度、最大转移功率与间隔金属条高度的变化关系。结果表明,波导内沿纵向的能流密度在靠近间隔金属条部分的强度更大,有助于提高波导间耦合效率,并且当减小间隔金属条的高度时可以有效缩短定向耦合器耦合长度。这种亚波长定向耦合器结构可以应用在基于表面等离子体激元的集成光路中。     

硅基波导光栅耦合器与波导传输损耗的研究

对硅(Si)基波导光栅耦合器的设计与耦合性能进 行了研究。采用本征模展开法对光栅耦合器进行设计与 优化,通过实验测量了光栅的耦合性能,并对均匀光栅、自聚焦光栅和反射光栅等3种光栅 耦合器的耦合 性能进行了比较,耦合效率分别达到了达到47.86、56. 36和48.98%,自聚焦光栅可以有效改善光纤到 光纤的传输效果,耦合效率提高了8.5%。通过实验测量了基于耦合光 栅技术的Si基条形波导和槽型波导的 传输损耗,结果显示,条形波导和槽型波导的传输损耗分别为2.34d B/cm和6.31dB/mm。     

超薄金属膜V-型槽等离子波导的定向耦合研究

分析了在 1 550 nm 波长下超薄金属膜(金膜厚t=10 nm)V-型槽等离子波导间长程沟道等离激元导模的定向耦合。通过计算不同波导间距下的模式分布,得出了定向耦合器中奇、偶模有效折射率实部和传播长度随波导间距的变化情况,并进一步计算了相邻波导间的耦合长度、最大串扰与波导间距的关系曲线。计算结果表明:在波导间距较小时,耦合长度小于各模式的传播长度,随着波导间距的增加,耦合长度随之增加,最大串扰随之减小。对超薄金属膜V-型槽等离子波导的定向耦研究在集成光路的实际应用中具有重要的价值。     

非对称十字孔双脊波导定向耦合器的设计

借鉴波导定向耦合器的设计原理,采用双脊波导的形式（本文采用标准双脊波导WRD650型号）设计大功率宽频带定向耦合器。由于双脊波导相比于矩形波导,最低模式的截止频率更低,单模工作的频带更宽,特性阻抗更低,所以采用双脊波导的形式比矩形波导在带宽方面更有优势。波导耦合器耦合方式有很多种,最常用的有小孔耦合和缝隙耦合,本文采用非对称十字孔耦合的方式,并与等孔径分布和切比雪夫分布的圆孔耦合比较来确定非对称十字孔耦合方式,在耦合平坦度、方向性方面有更好的改进。利用电磁仿真软件进行仿真对比其结果,通过一些具体措施改善双脊波导定向耦合器的性能,使定向耦合器的各种设计指标达到要求。     

基于二氧化硅平面光波导的强度均衡的光脉冲对的产生

提出了一种基于平面光波导工艺的带有可调定向耦合器的非对称MZI结构.模拟结果显示,当定向耦合器的两个耦合臂的折射率独立改变时,定向耦合器的调制效果较好;当调制电极与耦合区的波导间距为0时,两个耦合臂的温度差达到最大.测试得到,AMZI的插入损耗为2.05 dB,延迟时间为151.4 ps,脉冲对的功率比近似为1.该器件有助于提高集成QKD器件的性能.     

基于二氧化硅平面光波导的强度均衡的光脉冲对的产生（英文）

提出了一种基于平面光波导工艺的带有可调定向耦合器的非对称MZI结构.模拟结果显示,当定向耦合器的两个耦合臂的折射率独立改变时,定向耦合器的调制效果较好;当调制电极与耦合区的波导间距为0时,两个耦合臂的温度差达到最大.测试得到,AMZI的插入损耗为2.05 dB,延迟时间为151.4 ps,脉冲对的功率比近似为1.该器件有助于提高集成QKD器件的性能.