具有长程传播和亚波长模式局域性的混合双楔形等离子体波导

提出一个混合双楔形等离子体波导, 该波导由两个楔形介质波导和一个菱形金属线组成.电介质楔形波导模式和长程表面等离子体模式的耦合使得该波导可以获得低损耗的传播和超深的亚波长的模式局域性.混合双楔形等离子体波导在得到一个532μm的传播长度的同时可以得到一个2. 9×10-3的超小的归一化模式面积或者在得到一个6. 2×10-3的归一化模式面积的同时可以得到一个3 028μm的超长的传播距离.此外, 还研究了制作过程中可能存在的误差对该波导模式性质的影响.计算结果表明, 该混合双楔形等离子体波导具有一定的制作容差性.     

混合双肋型表面等离子体波导的传输特性

设计了一种新颖的混合双肋型表面等离子体波导结构,基于有限元法对该波导在工作波长为1550nm下的传输特性进行了数值仿真和优化分析。研究了该结构的电场分布、传输损耗、归一化模场面积、品质因子和增益系数。结果表明,通过最优参数设计,有效模场面积可达1.5×10~(-4)λ~2,品质因子为135,增益系数为1286cm~(-1),且此时具有较小的损耗。与矩形金属脊混合波导结构相比,所设计的结构具有更强的光场限制能力,可以获得更好的波导传输效果。所设计的波导结构是未来解决光电技术高速化、小型化、集成化的一个重要途径。     

金属脊-三角形半导体型混合表面等离子体波导

提出了一种新颖的基于金属脊-三角形半导体的混合表面等离子体波导结构,基于有限元法对该波导结构进行了数值仿真和分析.主要研究了该结构的电场分布、传输长度、归一化模场面积和质量因数.结果表明:在工作波长为1 550 nm时,通过优化参数,其有效模场面积达到0.00193 λ~2,传输长度为37.7μm,质量因数为4853,该结构具有较低的损耗.与金属平板混合波导结构相比,具有更大的质量因数,更强的光场限制能力,波导的综合性能更好.这种波导结构在微纳米光子学、光电子通讯和光信息存储等领域具有广阔应用前景.     

基于SOI材料的刻蚀光栅分波器的制作工艺

研究了基于绝缘材料上的硅(SOI)材料的平面波导刻蚀光栅分波器的主要制作工艺.利用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术,在SOI材料上制作了垂直度大于89°的光滑的光栅槽面.氧化抛光后刻蚀侧壁的表面均方根粗糙度(RMS)有3nm的改善,达到7.27nm(采样面积6.2μm×26μm).通过采用集成波导拐弯微镜代替弯曲波导使1×4分波器的器件尺寸仅为20mm×2.5mm.测试结果表明器件实现了分波功能.     

三维光场限制的混合表面等离子体纳米激光器

设计了一种带圆角的金属脊和低折射率空气间隙的新型混合表面等离子体波导结构。基于有限元法建立数学模型,在工作波长为489nm的可见光波段研究了该波导的电场分布、归一化模式面积、传输距离、品质因子和珀塞尔因子随金属脊曲率半径的变化情况。结果表明,调整结构参数可使波导实现超深亚波长的光场限制,同时获得较大的SPPs辐射增强倍数。在最优几何参数(纳米线半径为95nm,金属脊曲率半径为20nm)下,波导有效模式面积为0.0037λ2,品质因子为268,珀塞尔因子为65,增益阈值为0.2768μm-1,其表征激光增强值为69800。该激光器谐振腔具有超强的局域能力和激光增强能力,可以实现超深亚波长的低阈值激射。     

混合表面等离子体光子晶体波导

构建了一种金属-绝缘体-半导体混合表面等离子体结构,基于时域有限差分法验证了该结构在归一化频率0.243~0.271 (a/λ) 范围内具有明显的TM模式带隙。在二维光子晶体层移除或改变中间行空气孔半径构成线缺陷,形成混合波导结构1和2。分析表明,入射光频率位于带隙内的光子能量被很好的局域在低折射率层中,且只能沿线缺陷传输。当入射波长为1550nm时,两种波导的传输距离分别为18.41μm和15.70μm,群速度极值分别为0.186c和0.166c,品质因数FoM达到384.74和1042.50。此波导能通过光子晶体层的线缺陷控制低折射率层SPP的传输路径,为波导器件的研究提供了有效的理论基础和依据。     

具有亚波长模式局域性的全介质反槽波导及其与输入/输出光纤的高效耦合

由于金属固有的欧姆损耗,表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此,提出了一种全介质反槽波导结构,该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输,归一化模式面积可以达到3.4×10^-2。另外,为了实现该小尺寸反槽波导与输入/输出光纤的高效耦合,提出了一种高效的耦合方案,耦合效率可以达到92.7%,在y和z方向上1 dB损耗的耦合偏差均约为2 μm。     

介质加载石墨烯等离子体波导传输特性北大核心CSCD

设计了一种介质加载石墨烯等离子体波导,研究了不同结构尺寸的波导模场分布及传输特性。仿真结果表明,当石墨烯的化学势为0.7eV、波导脊宽度和脊高度均为1000nm时,介质加载石墨烯等离子体波导的模式宽度达到最小值1.55μm,传播长度达到43.47mm。该介质加载石墨烯等离子体波导不仅可以满足波导设计的要求,也为纳米器件的长距离传输提供了可能。     

在InGaAsP/InP双异质结构中的光弹效应及其对侧向光的限制作用

从理论上计算了厚度为110nm的W0.95Ni0.05金属薄膜应变条在InGaAsP/InP双异质结构中形成的应力场分布,及由应力场分布引起的折射率变化.在W0.95Ni0.05金属薄膜应变条下半导体中0.2-2μm深度范围内,由应变引起条形波导轴中央的介电常数ε相应增加2.3×10-1-2.2×10-2(2μm应变条宽)和1.2×10-1-4.1×10-2(4μm应变条宽).同时,测量了由W0.95Ni0.05金属薄膜应变条所形成的InGaAsP/InP双异质结光弹效应波导结构导波的近场光模分布.从理论计算和实验结果两方面证实了InGaAsP/InP双异质结光弹效应波导结构对侧向光具有良好的限制作用.     

半径5μm的定向输出圆盘形微腔激光器

基于三维时域有限差分法,对半径为5μm的径向直连波导微腔激光器的模式及定向输出特性进行研究,得到了波长在1550nm附近的高品质因子(Q)横电模的Q值与光场分布特性。基于半导体平面加工工艺制备了AlGaInAs/InP圆盘形微腔激光器,微腔半径为5μm,波导宽度为1μm。该激光器在298K下实现了连续单模输出,阈值电流为4mA。在注入电流为9mA时,激光器的边模抑制比可达33.4dB。基于速率方程拟合了激光器模式强度随注入电流的变化,得到激光器的自发辐射因子约为5.5×10~(-3)。     

基于有源介质的增益辅助无损耗混合表面等离子体波导

设计了一种基于有源介质的增益辅助无损耗条形 混合表面等离子体 波导。利用有限元算法,理论分析了混合表面等离子体波导在通信波段的传输特 性。结果表明,此波导在突破衍射极限的亚波长光场限制下可实现约10μm的 传输长度。在混合表面等离子体波导中引入泵浦增益后,可以实现光信号的无损 耗传输,从而实现在亚波长光场限制下的无限长传输。此类混合表面等离子 体波导兼具结构简单和易于制备等优点,在光 互联、光子集成电路、光通信和光信息处理等方面有重要的潜在应用。     

n-on-p锑化铟薄膜的液相外延生长

用水平开管液相外延技术在锑化铟衬底上用富铟锑化铟母液生长锑化铟薄膜材料,薄膜材料具有n-on-p结构,衬底为p型层,掺Ge,浓度1×10~(15)~5×10~(16) cm~(-3);薄膜为n型层,掺Te,薄膜面积20 cm×25 cm,厚度2~3μm,表面平整度±0.2μm,浓度1×10~(17)~5×10~(18) cm~(-3)。n-on-p锑化铟薄膜材料能满足制作的中波红外焦平面器件要求。     

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。     

320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器

报道了320×256元InAs/GaSb II类超晶格红外双色焦平面阵列探测器的初步结果.探测器采用PN-NP叠层双色外延结构,信号提取采用顺序读出方式.运用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料,双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为7 ML InAs/7 ML GaSb和10 ML InAs/10 ML GaSb.焦平面阵列像元中心距为30μm.在77 K时测试,器件双色波段的50%响应截止波长分别为4.2μm和5.5μm,其中N-on-P器件平均峰值探测率达到6.0×10~(10) cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为8.6%;P-on-N器件平均峰值探测率达到2.3×10~9 cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为9.8%.红外焦平面偏压调节成像测试得到较为清晰的双波段成像.     

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.     

硅基结构混合等离子激元波导模式特性的数值研究

首先建立了一种由相同宽度的金属带,SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型,分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响,提出了模场面积为0.08 m2与430 m传输距离的设计方案.在此基础上,通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构.数值分析结果表明:硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8,同时传输长度能够延长到1.74 mm.并且模场面积可以进一步压缩到0.025 m2.此外,硅基板CGS波导制作更加简便,并可采用现有COMS制作技术完成,进而具有较大的实用前景.     

基于InP基HEMTs的W波段高增益低噪声放大MMIC（英文）

基于自主研发的InP基高电子迁移率晶体管工艺设计并制作了一款W波段单级低噪声放大单片毫米波集成电路.共源共栅拓扑结构和共面波导工艺保证了该低噪声放大器紧凑的面积和高的增益,其芯片面积为900μm×975μm,84~100 GHz频率范围内增益大于10 dB,95 GHz处小信号增益达到最大值为15.2dB.根据调查对比,该单级放大电路芯片具有最高的单级增益和相对高的增益面积比.另外,该放大电路芯片在87.5 GHz处噪声系数为4.3 dB,88.8 GHz处饱和输出功率为8.03 dBm.该低噪声放大器芯片的成功研制对于构建一个W波段信号接收前端具有重要的借鉴意义.     

高双折射低有效模场面积SF57软玻璃光子晶体光纤设计

设计了一种包层为椭圆孔排列的六边形结构SF57软玻璃光子晶体光纤,在其纤芯区域引入了菱形排列的四个小椭圆孔.利用有限元法模拟了该光子晶体光纤的双折射和有效模场面积,获得了波长1.55μm处双折射为1.01×10~(-1),x和y偏振的有效模场面积分别为1.52μm~2、1.55μm~2的高双折射低有效模场面积光子晶体光纤.且对该光纤的结构参数进行了实验制作的容差性分析,得到了较大的制作容差对其光纤的双折射影响很小,具有较好的偏振稳定性.     

THz时域光谱诊断激光等离子体密度和碰撞频率

从电子在THz波电场中的运动方程出发,讨论了THz波在等离子体中的传播规律.从而可以得到由等离子体电子密度和碰撞频率决定的THz波的复折射率.该复折射率决定了THz波在等离子体中的传播,即THz脉冲相位和振幅变化.THz时域光谱系统可以测量THz波传播的相位和振幅,因此可以利用THz时域光谱来诊断等离子体密度和碰撞频率.由于受到等离子体色散关系的限制,该方法测量的等离子体密度有一定范围.在等离子体电子密度位于10~(12)~10~(16)/cm~3之间内,该方法可以得到较好的应用.     

红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器

利用普通光刻和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制作了红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器,光功率电流曲线表明,器件实现了200 K的低温激射。对边长为10μm、输出波导长为30μm的正方形微腔激光器,室温测量得到的纵模模式间距为1.3 nm,所对应的是由输出波导和正方形腔组成的F-P腔的F-P模式。采用二维时域有限差分法(FDTD),模拟研究了侧壁粗糙对正方形腔模式品质因子的影响。