离散谱折射率法优化设计深刻蚀、单模GaAs/GaAlAs脊形光波导

采用离散谱折射率法对深刻蚀 Ga As/ Ga Al As多层脊形光波导的特性作了详细的理论分析 ,并对所获得的较大截面、低损耗的单模脊形光波导的制作容差性作了进一步的分析 .计算表明 ,用离散谱折射率法获得的单模脊形光波导具有较大的制作容差性 .     

离散谱折射率法优化设计深刻蚀、单模GaAs/GaAlAs脊形光波导

采用离散谱折射率法对深刻蚀GaAs/GaAlAs多层脊形光波导的特性作了详细的理论分析,并对所获得的较大截面、低损耗的单模脊形光波导的制作容差性作了进一步的分析．计算表明,用离散谱折射率法获得的单模脊形光波导具有较大的制作容差性．     

离散谱折射率法优化设计MMI型光功分器

采用离散谱折射率法直接对三维脊形自镜像效应(SIE)多模波导的模式特性进行具体分析,并根据模式传播常数偏差分布情况,引入了SIE多模波导长度微小变量用以抵消或部分减弱由各阶模式传播常数偏差引起的相位偏差,设计了一种低自镜像损耗、高均匀度、几乎与偏振无关及深刻蚀SIE多模波导结构的多模干涉(MMI)光功分器。如1×16MMI光功分器TE模的自镜像损耗为0.0451dB,均匀度0.0309dB;对TE模的自镜像损耗为0.0455dB,均匀度为0.0311dB。     

一种新型2×2 SOI热光开关

设计并制作了一种新型的SOI 2×2马赫-曾德(MZ)热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的配对多模干涉耦合器,同时,为了保证单模传输和调制,在连接波导和调制臂区域采用了浅刻蚀结构.深刻蚀结构增强了多模干涉耦合器对光场的限制,有利于自映像质量的提高,从而减少了自映像损耗和不均衡度,同时也提高了制作容差.基于强限制配对干涉耦合器的新型热光开关,其插入损耗为-11.0 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗-4.3 dB,上升和下降开关时间分别为3.5μs和8.8μs.     

使用传统工艺实现1.55μm激光器与模斑转换器的单片集成

采用传统的光刻和湿法腐蚀工艺制作了1.55μm波长的新型半导体激光器和模斑转换器的单片集成器件.其中激光器采用脊型双波导,模斑转换器采用掩埋双波导结构,水平楔型的有源波导和宽而薄的无源波导同时控制光斑模式大小.实验测得器件的阈值电流为40mA,斜率效率为0.35W/A,水平和垂直方向的远场发散角分别为14.89°和18.18°,与单模光纤的耦合损耗为3dB.     

使用传统工艺实现1.55μm激光器与模斑转换器的单片集成

采用传统的光刻和湿法腐蚀工艺制作了1.55μm波长的新型半导体激光器和模斑转换器的单片集成器件.其中激光器采用脊型双波导,模斑转换器采用掩埋双波导结构,水平楔型的有源波导和宽而薄的无源波导同时控制光斑模式大小.实验测得器件的阈值电流为40mA,斜率效率为0.35W/A,水平和垂直方向的远场发散角分别为14.89°和18.18°,与单模光纤的耦合损耗为3dB.     

InGaAs/InAlAs多量子阱脊形光波导及其定向耦合器准矢量分析

运用基于三角函数展开的三维准矢量束传播法分析了由InGaAs/InAlAs多量子阱(MQW)构成的脊形光波导及其定向耦合器;获得了脊形光波导承载的模场分布及其有效折射率,并观察到了TM模的奇变;模拟了光波在定向耦合器件中的传输演变情况.所得结果为制作由此为基础的复杂器件奠定了基础.     

一种新型2×2 S0I热光开关

设计并制作了一种新型的SOI 2×2马赫一曾德（MZ）热光开关。这种光开关采用了深刻蚀结构的配对多模干涉耦合器，同时，为了保证单模传输和调制，在连接波导和调制臂区域采用了浅刻蚀结构。深刻蚀结构增强了多模干涉耦合器对光场的限制，有利于自映像质量的提高，从而减少了自映像损耗和不均衡度，同时也提高了制作容差。基于强限制配对干涉耦合器的新型热光开关，其插入损耗为-11．0dB，其中包括光纤波导耦合损耗4．3dB，上升和下降开关时间分别为3．5μs和8．8μs。     

MMI阵列波导光栅复用/解复用器的研制

详细分析了基于自镜像效应的MMI DMUX器件的基本工作原理,在此基础上,在SOI材料上完成了对8信道MMI DMUX的具体设计.该器件的输入、输出单模波导采用Soref的大截面脊形光波导理论进行优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽度为5μm,SIE多模波导宽度和长度分别为72μm和6313.4μm时,该器件对8信道波长的隔离度均在35dB以上,且理论传输损耗＜0.18dB.     

MMI阵列波导光栅复用/解复用器的研制

详细分析了基于自镜像效应的 MMI DMUX器件的基本工作原理 ,在此基础上 ,在 SOI材料上完成了对 8信道 MMI DMU X的具体设计 .该器件的输入、输出单模波导采用 Soref的大截面脊形光波导理论进行优化设计 ,最后获得了当输入、输出单模波导宽度为 5 μm,SIE多模波导宽度和长度分别为 72 μm和 6 313.4μm时 ,该器件对8信道波长的隔离度均在 35 d B以上 ,且理论传输损耗 <0 .18d B.     

MMI型1.31／1.55umGaAs波分复用／解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1031/1.55um波长的GaAs/G aAlAs波分复用／解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行了优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3um、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18um和5602.8um时,该器件的1.31um和1.55um两个波长的隔离度均在70dB以上,且传输损耗小于0.1 dB.     

MMI型1.31/1.55 μm GaAs波分复用/解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1.31/1.55 μm波长的GaAs/GaAlAs波分复用/解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3 μm、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18 μm和5 602.8 μm时,该器件对1.31 μm和1.55 μm两个波长的隔离度均在70 dB以上,且传输损耗小于0.1 dB。     

电吸收调制器与半导体光放大器和双波导模斑转换器的单片集成

采用选择区域生长、量子阱混杂和非对称双波导技术制作了电吸收调制器与半导体光放大器和双波导模斑转换器的单片集成器件.器件在波长1.55～1.60μm范围内,3dB带宽大于10GHz,直流消光比为25dB,插入损耗小于0dB,远场发散角为7.3°×18.0°,与单模光纤的耦合效率达3.0dB.     

全硅大断面脊形光波导传播特性的理论分析及实验结果

对当前硅光集成的研究焦点－制备大断面单模脊形光波导的单模条件，用有效折射率法进行分析，也计算了传播常数等性能参数。结果表明，有效折射率法有方法简明、结论确切的优点。它能同时给出单模区、多模区及截止区的条件，已有效指导了ＳＩＭＯＸ及ｎ／ｎ＋外延型两种单模脊形硅光波导的制备。文中最后给出了实验结果。     

InP/InGaAsP脊波导的单模特性与偏振特性研究

以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象,采用有限元算法(FEM),系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下,不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性.在芯层厚度一定的情况下,脊宽越窄,刻蚀深度越浅,波导的传输模式越接近单模.在深刻蚀情况下,脊波导模双折射系数受到脊宽的影响较大,波导的偏振不敏感性较差;在浅刻蚀情况下,模双折射系数(△n=nTE-nTM)受到脊宽和脊高的影响较为微弱,稳定在1.2×10-3.相关仿真和分析为基于InP/InGaAsP脊波导的光电子器件的结构设计提供了一定的理论支持.     

光子晶体波导定向耦合功分器的设计

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统,通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构,改变耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明,移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达99.04%。     

湿法腐蚀制备的SOI光波导

用化学湿法腐蚀的方法制作了SOI光波导,并且用三维波束传播方法分析和设计了单模波导和1×2 3dB多模干涉分束器,修正了有效折射率和导模传输方法的误差.制作的器件具有低传输损耗(- 1 37dB/cm)、低附加损耗(- 2 2dB)、良好的均衡性(0 3dB)等优良性能.     

2×2 InP/InGaAsP MMI-MZI型光开关设计与实验

主要研究基于多模干涉耦合器(MMI)的2×2 InP/InGaAsP马赫曾德型(MMI-MZI)光开关.开关的特性采用BPM(光束传输法)进行器件建模、参数分析与性能优化.开关的结构按照传输波导保证单模传输、低偏振敏感要求进行了设计.光开关通过载流子电注入产生的载流子吸收和带填充效应改变移相臂传输光相位.实验测得光开关在控制电压为6.4 V时可实现交叉态到直通态的倒换,开关和关态串扰分别为-20.49 dB、-19.19 dB.这种开关具有结构紧凑、制作容差大和偏振无敏感等优点,它可以很方便地和其它半导体有源器件集成,在未来DWDM系统中有着非常广泛的应用前景.     

湿法腐蚀制备的SOI光波导

用化学湿法腐蚀的方法制作了SOI光波导,并且用三维波束传播方法分析和设计了单模波导和1×2 3dB多模干涉分束器,修正了有效折射率和导模传输方法的误差.制作的器件具有低传输损耗(-1.37dB/cm)、低附加损耗(-2.2dB)、良好的均衡性(0.3dB)等优良性能.     

二维光子晶体多模波导与单模波导的匹配传输

用多模干涉理论研究了二维正方晶格的光子晶体多模波导的3个偶模之间的干涉和自映像现象,发现它们之间的干涉可以认为是两两相互干涉叠加的结果.以7模光子晶体波导为例进行模拟计算,根据其波导的能带结构,发现在入射波的归一化频率为0.35时,3个偶模相互干涉形成的单重像在某一点重合,在这一点再连接一个单模光子晶体波导,实现了光子晶体多模波导到单模波导的匹配传输.利用有限时域差分法进行了数值模拟验证,模拟结果表明:实现了光子晶体多模波导到单模波导的高效匹配传输,传输效率达到95%.