蝶形光通信激光器的耦合规律与封装工艺研究

为了研究蝶形光通信激光器的耦合机理,建立了芯片-透镜-单模光纤仿真模型,以耦合理论为基础,引入了容忍度概念,分析了空间位置误差对耦合效率的影响。通过对比透镜与光纤的各个方向的容忍度大小,结合焊后偏移现象,提出了先透镜后光纤的封装顺序,并搭建了实验平台进行验证。结果表明,在对比实验中,透镜优先封装所得到的功率最高可达1800μW,而光纤优先封装最高功率仅为1200μW; 先对透镜进行封装,焊后偏移的效果要更好。该研究为蝶形器件实际封装生产提供可靠的参考。     

微透镜光纤在半导体激光器中的应用研究

对几种典型的半导体激光器与光纤的耦合特性进行分析,提出提高耦合效率所采用的微透镜光纤的结构.介绍熔拉型、化学蚀刻型、研磨抛光型、切削型、自聚焦光纤型和铸模型等微透镜光纤的制作原理和工艺以及目前达到的指标,并对各种形式的透镜光纤进行了评价.提出了提高耦合效率和失调容差、降低插损的新思路.     

半导体增益芯片与微透镜光纤耦合效率研究

光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式,光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大.为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响,寻找最佳微透镜类型,指导器件的设计和装配,分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角,利用ZEMAX软件进行模拟仿真,得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图.结果表明,锥形光纤透镜耦合效果更好,更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器.     

球聚焦型3×1光纤熔锥耦合器的研究

以线性耦合波方程为基础,采用散射矩阵的方法讨论了等三角分布的熔锥型3×1光纤耦合器,并用射线理论分析了球聚焦透镜光纤的端面效应。将未封装的3×3熔锥光纤耦合器在束腰处切断,并将锥端面熔成聚焦球端,利用光信号在光纤锥形区和球聚焦透镜中特有的传输和耦合特性,实现了光纤的耦合、连接和分束。结果表明:采用该方法耦合效率可达70%左右。同时大大增加了耦合系统的失调容差,降低了调试和封装的难度,因而有着广泛的实际应用价值。     

垂直腔面发射激光器的TO封装的耦合效率模拟分析

采用FRESNEL光学软件和MATLAB软件,详细分析了垂直腔面发射激光器的TO封装组件对耦合效率的影响.发现增加耦合透镜的折射率、减少管帽的高度和耦合透镜的尺寸可以提高耦合效率.     

垂直腔面发射激光器的TO封装的耦合效率模拟分析

采用FRESNEL光学软件和MATLAB软件,详细分析了垂直腔面发射激光器的TO封装组件对耦合效率的影响.发现增加耦合透镜的折射率、减少管帽的高度和耦合透镜的尺寸可以提高耦合效率.     

激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析

为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。     

透镜光纤在光耦合中的应用研究

介绍了研磨抛光型、蚀刻型和熔拉型透镜光纤的原理和制作工艺,分析了各种透镜光纤在单模光纤与激光二极管(LD)、光开关、DWDM等波导芯片耦合中的作用和意义,详细讨论了楔形和锥形透镜光纤与LD耦合原理、插入损耗以及如何增大耦合容差,对有源器件和单模光纤的调节耦合和封装具有指导作用。     

基于5630 TOP LED亚毫米级阵列式微型透镜的光学仿真

使用新型透镜提高LED取光效率是LED封装的研究热点之一。以亚毫米级阵列式微型透镜封装5630TOP LED为研究对象,利用光学仿真软件TracePro,考察了不同尺寸的阵列式圆锥透镜、半椭球透镜和半圆球透镜对LED取光效率的影响。仿真实验结果表明在优化条件下,5630TOP LED的取光效率可提高10.7%,光分布均匀。该仿真结果对下一步亚毫米级阵列式透镜的设计与制造有实际指导意义。     

单模光纤与SOI纳米线波导耦合设计

波导光栅在集成光学发展中扮演着重要的角色。与其他的耦合方法相比,光栅耦合器具有耦合效率高、制备封装成本低、无需芯片端面抛光、可以在任何地方实现信号输入输出等优点,成为纳米光波导最有潜力的耦合方法。本文提出利用OPTIFDTD软件仿真结合MATLAB编程的方法精确计算光栅耦合效率的新方法。仿真分析了光栅的周期、槽深、占空比、SiO2层厚度等光栅参数对耦合效率的影响,并给出了使输入光栅耦合器耦合效率达到42.6%;输出光栅耦合器的耦合效率达到72.3%的一组最佳光栅参数。     

小纵横比光电器件发射端耦合工艺研究及优化

为了系统研究影响耦合效率的因素,采用仿真和实验的方法建立了半导体激光器与单模光纤的耦合模型,并搭建自动耦合平台,进行了理论分析和实验验证,得到了模型的耦合效率与各个方向位移敏感度的关系以及实际耦合过程中耦合效率与各个方向容忍度的关系。结果表明,耦合效率对水平方向位移最为敏感,其后依次是角度旋转和纵向位移; 仿真与实验最大耦合效率分别为64.29%与51.46%,误差在合理范围之内,结果具有较高可信度。这一结果对实际光电器件封装耦合效率的提高是有帮助的。     

Investigation on surface plasmon polaritons and localized surface plasmon production mechanism in micro-nano structures

The simulation mechanism of surface plasmon polaritons (SPPs) and localized surface plasmon (LSP) in different structures was studied, including the Au reflection grating (Au grating), Au substrate with dielectric ribbons grating (Au substrate grating), and pure electric conductor (PEC) substrate with Au ribbons grating (Au ribbons grating). And the characteristics of the Smith-Purcell radiation in these structures were presented. Simulation results show that SPPs are excited on the bottom surface of Au substrate grating grooves and LSP is stimulated on the upper surface both of Au ribbons grating grooves and Au grating grooves. Owing to the irreconcilable contradiction between optimizing the grating diffraction radiation efficiency and optimizing the SPPs excitation efficiency in the Au substrate grating, only 40-times enhancement of the radiation intensity was obtained by excited SPPs. However, the LSP enhanced structure overcomes the above problem and gains much better radiation enhancement ability, with about 200-times enhancement obtained in the Au ribbons grating and more than 500-times enhancement obtained in the Au grating. The results presented here provide a way of developing miniature, integratable, tunable, high-power-density radiation sources from visible light to ultraviolet rays at room temperature.     

Improved light coupling efficiency of organic light- emitting diode and polymer optical waveguide integrated device by grating coupler

In this work, the light coupling efficiency of organic light-emitting diode (OLED) and polymer optical waveguide integrated device was improved by the grating coupler. To maximize light coupling efficiency, the grating coupler was optimized by finite-difference time-domain (FDTD) method. Based on the simulation results, the grating coupler was fabricated via laser interference lithography process and an OLED was integrated on the surface of it. Comparing the integrated devices without and with grating coupler, light coupling efficiency of the grating-based integrated device was improved by about 5%. The proposed integrated device has the potential application for low-cost and flexible monolithic optical sensors.     

A high-efficiency grating coupler between single-mode fiber and silicon-on-insulator waveguide

We present the design of a diffractive grating structure and get the optimal parameters which can achieve more than 75% coupling efficiency (CE) between single-mode fiber and silicon-on-insulator (SOI) waveguide through 2D finite-different time-domain (FDTD) simulation. The proposed architecture has a uniform structure with no bottom reflection element or silicon overlay. The structure, including grating couplers, adiabatic tapers and interconnection waveguides can be fabricated on the SOI waveguide with only a single electron-beam lithography (ICP) step, which is CMOS-compatible. A relatively high coupling efficiency of 47.2% was obtained at a wavelength of 1562 nm.     

倾斜耦合的光栅耦合器研究进展

近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展,但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单,位置灵活,对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台和绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台上已开发出大量的光栅耦合器件,并获得较高的耦合效率和大带宽。该文主要介绍光栅耦合器的工作原理和主要性能指标,阐述了均匀光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和切趾光栅耦合的特点及现阶段进展,并对具有代表性的一维光栅性能指标进行了比较。结果表明,分布式布喇格反射镜和金属反射镜可有效地提升光栅耦合效率。此外,该文还介绍了基于 LNOI平台的几种光栅耦合器, 其可帮助研究者们梳理光栅耦合器的发展历程、研究现状及各耦合器的特点,为未来研究提供一定的参考。     

聚合物波导光栅耦合器的衍射场仿真

为了实现横截面尺寸为50 m50 m的聚硅氧烷聚合物光波导的耦合转向问题,设计了一种表面覆盖高折射率包层的多层蚀刻光栅耦合器。首先,分析了影响聚合物波导光栅耦合器耦合效率的结构因素;然后,采用在光栅表面蚀刻高折射率层的方法,提高了聚合物波导光栅耦合器的耦合效率;接着,对不同的周期（范围:100~4 000 nm）和不同的蚀刻深度（范围:0~50 000 nm）进行排列组合,形成不同的光栅结构,基于时域有限差分法编写程序,遍历所有情况,得到不同光栅结构下的光场情况以及其耦合效率,找到使耦合效率最大的周期以及蚀刻深度。最后,设计了多层蚀刻的光栅耦合器,进一步提高耦合效率。当蚀刻深度为5 000 nm,光栅周期为2 600 nm时,带高折射率层的聚硅氧烷聚合物光波导均匀光栅耦合器的耦合效率达到最大,为17.2%。采用多层蚀刻的方式,对结构进行优化,其耦合效率能达到37.4%。为聚硅氧烷聚合物光波导在光互连中的实际应用提供了理论依据。     

Wavelength-selective coupling between vertically integratedthin-film waveguides via supermode by a pair of grating couplers

Grating coupling between vertically integrated waveguides via supermode was discussed and demonstrated. Two thin-film waveguides with grating couplers were stacked on a substrate. A guided wave in one waveguide is converted by a grating coupler to a supermode propagating contradirectionally, and then converted by another grating coupler to a guided wave in the other waveguide. The coupling shows high wavelength selectivity, and the wavelength-division add/drop multiplexing function can be combined. A demonstrator was designed and fabricated. Theoretically predicted coupling efficiency was almost 100% with wavelength selectivity of 2 nm, while the experimentally obtained value was 40% in the efficiency and 1 nm in the selectivity     

用于高功率双包层光纤激光器侧面耦合的对称夹层结构

提出了一种基于亚波长衍射光栅理论的介质-金属-介质的对称夹层结构,这种结构因为没有使用诸如折射率匹配液、光学固化胶等承受不了较高温度的黏接物质,所以可以用于大功率激光二极管阵列的侧面抽运,尤其可用于条形半导体激光器侧面抽运双包层掺杂光纤中,以制作各种大功率稀土离子掺杂光纤激光器,并且其耦合效率可以达到80%以上。同时,这种侧面抽运技术还支持多点抽运以及光纤两端同时激射高能激光。