聚合物双环谐振滤波器的研究

设计了一种基于多模干涉(MMI)耦合输入/输出结构的跑道型双微环串联谐振滤波器,并采用紫外光敏聚合物材料SU-8作波导芯层,聚合物CYTOP为下包层,在硅基底上完成了器件的制备.器件的波导端面尺寸为2 μm×1 μm,与设计值相符,扫描电镜显示所制备的器件波导侧壁陡直度较高.直波导传输损耗的测试结果表明,在1550 nm波长,直波导传输损耗约为2.0 dB/cm.测试并获得了多模干涉结构和器件的通光及输出光谱图\.测试结果表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50∶50的功分比,微环谐振滤波器的通光性能良好,实现了滤波功能,器件的自由光谱区FSR实际值约为0.94 nm,与设计参数值很接近.研究结果表明采用聚合物SU-8制备小波导尺寸微环谐振器的器件简便可行.     

一种紧缩型的SOI 3-dB多模干涉耦合器

采用线锥形结构,在silicon-on-insulator (SOI)材料上设计并实现了一种新的紧缩型3-dB多模干涉耦合器(MMI).与普通的矩形结构3-dB MMI耦合器相比,该器件长度减少了40%.耦合器输出均衡度为1.3dB,过剩损耗为2.5dB.     

基于SOI的2×2 MMI耦合器的设计

设计了一种可用于阵列波导光栅(AWG)解调集成微系统的绝缘体上硅(SOI)基2×2多模干涉(MMI)耦合器,用光束传播法(BPM)对MMI耦合器进行了模拟。耦合器输入/输出波导采用倒锥形,多模干涉区尺寸为6μm×57μm。在TE偏振中心波长为1.55μm时,器件附加损耗为0.46dB,不均匀性为0.06dB。在1.49～1.59μm波长范围内耦合器的附加损耗小于1.55dB。仿真结果表明所设计的2×2MMI耦合器体积小、附加损耗低、波长响应范围宽、分光均匀,符合片上集成系统的要求。     

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.     

新型直波导阵列波导光栅的设计与仿真

提出了一种基于直波导的新型阵列波导光栅(AWG).与常规阵列波导光栅器件相比,该方法简化了器件结构与制备工艺,有望提高器件成品率,降低器件制作成本.器件的输入/输出耦合器采用自聚焦平板波导(GISLAB),其输入/输出均为平端面.阵列波导采用直波导取代常规AWG的弯曲波导,可采用光敏平板波导材料通过两次紫外写入实现.采用半矢量光束传输法对器件进行模拟,结果表明该器件可以实现多波长的解复用,其解复用的信道间隔为3.2 am,输出光谱非均匀性约为1.6 dB.     

InP基4×4MMI合波器的设计与仿真

采用空气限制的InP基波导,利用其弯曲半径小的优点,设计了一款紧凑型4×4 MMI(多模干涉)合波器,整个器件的尺寸为3 890 μm×100 μm.在输入/输出波导与多模干涉区域之间引入了锥形波导,有效改善了MMI合波器的性能.并通过广角三维光束传输法对器件进行了模拟仿真,得到优化参量,从而实现了其结构的优化.     

一种紧缩型的SOI3- d B多模干涉耦合器

采用线锥形结构 ,在 silicon- on- insulator(SOI)材料上设计并实现了一种新的紧缩型 3- d B多模干涉耦合器(MMI) .与普通的矩形结构 3- d B MMI耦合器相比 ,该器件长度减少了 4 0 % .耦合器输出均衡度为 1.3d B,过剩损耗为 2 .5 d B.     

离子交换制作0.85μm MMI光功分器的仿真研究

提出了利用离子交换技术制作多模干涉(MMI)型光功分器的设计方法.以1×8MMI光功分器为例,采用导模传输分析法分析了器件基本原理,对离子交换制作波导的折射率分布进行了讨论.针对工作波长为0.85μm的1×8MMI光功分器结构参数进行了设计,对器件输出特性、各项技术指标、离子交换决定的折射率差Δn对器件性能的影响均进行了BPM仿真,结果表明:利用离子交换方法制作MMI型光功分器,设计指标可达到均匀性约0.009dB、平均插入损耗约9.111dB和最大插入损耗约9.116dB,均优于现有器件的指标.     

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.     

高均匀性1×4多模干涉耦合器的研究与设计

针对多输出端口输出光功率的不均匀性问题,文章设计了一种基于绝缘体上硅(SOI)的1×4多模干涉(MMI)耦合器,提出了一种优化其均匀性的新方法。耦合器输入/输出端采用锥形波导,为提升MMI耦合器的均匀性,对输出端锥形波导采用不等宽设计,通过优化,四路输出端口均匀性高达0.007 4 dB,而总的插损仅有0.058 dB。依据该方法最终使得输出端波导的传输常数失配,避免了波导之间的串扰,实现了对MMI耦合器输出端口均匀性的提升。     

基于半导体微环谐振器的光滤波器设计方法

提出了一种完整的基于微环谐振器的光学滤波器的系统设计方法。使用该方法可以从一定滤波特性参数出发,计算得到每个环之间的耦合系数,再根据耦合系数和器件尺寸的关系得到具体的器件尺寸,从而实现光学滤波器从性能特性到器件尺寸设计的一整套完整的解决方案。并在此基础上利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺制作了双环光滤波器,对该设计方法进行了初步的实验验证,使用扫描电子显微镜和原子力显微镜等多种测试方法证实,制作的光波导具有很好的性能,测试了其梳状滤波特性。     

热光聚合物微环谐振腔滤波器的研究

设计并制备了一种热光聚合物微环谐振腔滤波器。微谐振环采用跑道型结构,通过光束传播法(BPM)对其弯曲半径进行了设计和优化。采用传统的接触式光刻曝光工艺制备了微环谐振腔滤波器并对其进行了光谱测试,实验结果表明,所设计的器件在1 550nm附近的自由光谱范围(FSR)为112pm,消光比约为12.8dB,3dB带宽约为0.026nm,品质因子Q为5.96×104,调制效率是6.13pm/mW;同时测量了器件的响应时间,得到的响应时间约为1.5ms。     

基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔全光逻辑门的研究

为了解决全光逻辑门结构所需抽运能量过大的问题,提出了一种基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔的全光控制逻辑门结构。通过在微环波导上加入空气孔加强对光的限制,增强了带边附近的3阶非线性效应,从而减小达到所需相移的抽运能量。将微环谐振腔与Mach-Zehnder结构结合,采用光学Kerr效应控制不同微环内相移的改变,从而实现不同逻辑门功能。同时进行了理论分析与仿真验证,计算了不同尺寸空气孔对于结构的影响,并对于不同逻辑功能的控制方法,验证了结构的可行性。结果表明,这种逻辑门结构所需抽运能量不超过10dBm,延迟处于皮秒量级,速度快,器件的尺寸处于微米量级,该结构可以同时实现不同的逻辑门状态,对于全光网络的研究有指导意义。     

内嵌光栅微环型三维立体功分/波分器

基于消逝场耦合原理、微环谐振原理和光栅反射原理,设计了一种内嵌光栅微环型三维立体功分/波分器结构。该结构采用以内嵌光栅的微环滤波层为中间层,上下两层输出波导层关于中间层对称的三维立体集成结构,使得器件同时具有滤波和功分的功能,提高了器件的集成度,级联光栅的嵌入则提高了器件的滤波特性。理论分析结果表明,该器件结构具有良好的滤波特性,并且能实现3种不同功率光信号输出。     

新型绝热微环谐腔型低功耗硅基调制器的设计

为了改进绝热微环谐腔型的结构、降低谐振腔腔体损耗,采用了基于绝热过渡曲线的设计方法,提出了新型载流子注入/抽取结构,进行了理论分析和实验验证,取得了绝热微环谐振腔的谐振峰线宽、消光比及频率响应参量数据,比较了其与传统微环谐振腔的损耗.结果表明,使用所设计的外半径为2m的谐振腔的谐振峰线宽仅为普通微环谐振腔的29.5%,消光比为13.5dB,电阻电容限制带宽提高了4倍,10Gbit/s调制速率下能耗仅为5.1fJ/bit.这一结果大幅改善了绝热微环谐振腔的频率响应特性,降低了功耗.对腔形和载流子注入/抽取结构的研究可以进一步改善绝热微环谐振腔的性能,推动低能耗器件研究的发展.     

光通信网络中的信号导向逻辑器件设计

基于"导向逻辑"设计了一种应用于光通信网络的新型光信息流导向器件。采用微环谐振器作为光波导元件,应用折射率调制机理,实现了基于聚合物基的多功能电光逻辑门。通过改变不同端口的逻辑输入分别实现了"与/非"、"或/或非"和"同或/异或"等多种状态的光开关逻辑运算。静态仿真确定了微环谐振器的工作波长,验证了器件具有高速率逻辑运算功能。该器件可用于大规模光学集成电路中,实现高速光信号的调制输出。     

基于微环腔型光滤波器的新型气体传感器研究

基于微环腔型光学滤波是一项正在发展中的新型气体传感技术,在工业生产、环境保护和医学等领域具有广阔的应用前景.利用微环状波导腔构成气室的吸收光谱型气体传感器具有结构紧凑、波长选择性良好等优点.通过气体吸收光谱及微环腔特性的计算和分析,对基于微环腔型光滤波器的新型气体检测传感系统的设计进行了研究和探索,分析了微环尺寸与其谐振波长、自由光谱范围之间的关系.     

聚合物微环谐振滤波器特性的研究

利用耦合模理论,计算了聚合物微环谐振滤波器的通路和下话路的传输函数,分析了耦合系数和损耗对传输函数的影响,并推导出了谐振滤波器的谐振波长、自由光谱范围、腔的品质因子、半峰全宽和精细度等特性参数,分析了不同的滤波器结构参数(如环形半径和有效折射率)对滤波特性的影响.     

基于MIM亚波长结构的微环谐振器性质研究

文中设计了一种基于MIM结构的亚波长表面等离子体激元微环谐振器,利用时域有限差分（FDTD）方法分析了其滤波特性,并且针对1．31谐振输出波长处对谐振器进行了性能分析。结果表明这种亚波长结构的微环谐振器与现有的传统介质谐振环器件相比具有很大的优势,更加有利于集成光路的应用。     

Study of energy transfer in silicon-based micro-ring resonators

Physical model, time-domain model, transmission spectra and energy transfer diagram of silicon-based micro-ring resonators based on the parallel waveguide structure are analyzed in this paper, in which transmission spectrum is ob- tained by Matlab, and the energy transfer process is analyzed by Rsoft. According to the analyses of the models and results, the energy transfer process in this type of resonator is clear to a great extent. The experimental results show that when the input signal is stable, the energy of the micro-ring resonator and the drop port tends to be steady after the input optical signal is coupled in the coupling region, which proves that the silicon-based micro-ring resonators can select specific optical signal if the input optical signal satisfies the resonance condition. However, if the resonance condition is not met, filtering function, optical switch function and signal selection function can be realized. Therefore, the analysis and simulation of energy transfer in silicon-based micro-ring resonators can not only enrich the silicon micro-ring resonator theory, but also provide new theoretical basis and method for the design and optimization of ex- isting, ontoelectronie devices.