一种降低列阵波导光栅相邻信道串扰的方法

阵列波导光栅 (AWG)作为波长滤波器在光通信领域具有很大的应用前景。串扰是影响阵列波导光栅应用的重要因素之一。为了降低阵列波导光栅相邻信道的串扰 ,本文提出并研究了一种降低阵列波导光栅的新方法。该方法利用阵列波导光栅的衍射特点性 ,通过调节阵列波导光栅的自由光谱范围 (FSR)、罗兰圆焦距和阵列波导数目 ,使得各信道信号的输出极小值处于其它信道输出波导中心 ,无次极大处于其它波导中 ,从而降低了阵列波导光栅的串扰 ,特别是相邻信道之间的串扰。通过光束传播方法 (BPM)的模拟了具有不同FSR的 1× 16阵列波导光栅 ,结果显示 ,该方法能将相邻信道之间的串扰降低约 5 .7dB。     

硅基二氧化硅阵列波导光栅相位误差数值分析

采用传输函数法对硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的相位系统误差和随机误差进行了详细的分析.系统误差的模拟结果表明阵列波导的有效折射率和相邻阵列波导长度差ΔL的偏移将会对使中心波长λ0偏离设计值,平板波导有效折射率、阵列波导的间距、罗兰圆聚焦长度R的偏移会使通道间隔偏离设计值.随机误差的模拟结果表明相邻阵列波导长度差、阵列波导中芯区折射率、芯区宽度、芯区厚度的随机波动对AWG的串扰影响较大,而波导上、下包层折射率的波动对AWG串扰影响较小.     

硅基二氧化硅阵列波导光栅相位误差数值分析

采用传输函数法对硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的相位系统误差和随机误差进行了详细的分析.系统误差的模拟结果表明阵列波导的有效折射率和相邻阵列波导长度差ΔL的偏移将会对使中心波长λ0偏离设计值,平板波导有效折射率、阵列波导的间距、罗兰圆聚焦长度R的偏移会使通道间隔偏离设计值.随机误差的模拟结果表明相邻阵列波导长度差、阵列波导中芯区折射率、芯区宽度、芯区厚度的随机波动对AWG的串扰影响较大,而波导上、下包层折射率的波动对AWG串扰影响较小.     

硅基二氧化硅阵列波导光栅相位误差数值分析

采用传输函数法对硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的相位系统误差和随机误差进行了详细的分析. 系统误差的模拟结果表明阵列波导的有效折射率和相邻阵列波导长度差ΔL的偏移将会对使中心波长λ0偏离设计值，平板波导有效折射率、阵列波导的间距、罗兰圆聚焦长度R的偏移会使通道间隔偏离设计值. 随机误差的模拟结果表明相邻阵列波导长度差、阵列波导中芯区折射率、芯区宽度、芯区厚度的随机波动对AWG的串扰影响较大，而波导上、下包层折射率的波动对AWG串扰影响较小.     

基于绝缘体上硅材料的25通道200 GHz的阵列波导光栅（英文）

报道了基于绝缘体上硅材料的25通道、信道间隔200 GHz的阵列波导光栅,分别优化了输入波导/输出波导/阵列波导间的最小间距(Δx_i/Δx_o/d),及其自由传播区和阵列波导之间边界结构(W_2/L_2/L_3).实验结果表明,该阵列波导光栅的插入损耗为5～7 dB,串扰为13～15 dB,该阵列波导光栅的性能得到有效提升.同时也提出了减小插损与串扰的进一步优化方案.     

基于绝缘体上硅材料的25通道200 GHz的阵列波导光栅

报道了基于绝缘体上硅材料的25通道、信道间隔200 GHz的阵列波导光栅, 分别优化了输入波导/输出波导/阵列波导间的最小间距 (Δxi/Δxo/d) , 及其自由传播区和阵列波导之间边界结构 (W2/L2/L3) .实验结果表明, 该阵列波导光栅的插入损耗为5～7 dB, 串扰为13～15 dB, 该阵列波导光栅的性能得到有效提升.同时也提出了减小插损与串扰的进一步优化方案.     

阵列波导光栅复用/解复用器光栅孔径对器件性能影响的数值分析

阵列波导光栅复用 /解复用器中波导光栅孔径是器件重要的结构参数 .波导光栅孔径数值有限 ,部分光场将因未被耦合进而损失掉 .同时引起输出波导接收端焦场变形 ,增加了器件串扰 .本文详细分析和计算了由于波导光栅孔径有限引起的光场损耗和信号串扰 ,选择适当孔径参数可使其引入的信号损耗和串扰降到足够低 ,以优化设计器件     

阵列波导光栅复用/解复用器光栅孔径对器件性能影响的数值分析

阵列波导光栅复用/解复用器中波导光栅孔径是器件重要的结构参数.波导光栅孔径数值有限,部分光场将因未被耦合进而损失掉.同时引起输出波导接收端焦场变形,增加了器件串扰.本文详细分析和计算了由于波导光栅孔径有限引起的光场损耗和信号串扰,选择适当孔径参数可使其引入的信号损耗和串扰降到足够低,以优化设计器件.     

基于SOI的16通道200GHz阵列波导光栅

设计并制作了基于绝缘体上硅(SOI)材料的1×16阵列波导光栅(AWG).该AWG器件的中心波长为1 550 nm,信道间隔为200 GHz,采用了脊型波导结构.首先确定了波导的结构尺寸以保证单模传输,并利用束传播法(BPM)模拟了波导间隔、弯曲半径和锥形波导长度等参数对器件性能的影响,对器件结构进行了优化,同时也利用BPM方法模拟了器件的传输谱.模拟结果显示:器件的最小信道损耗为4.64 dB,串扰小于-30 dB.根据优化的器件结构,通过光刻等半导体工艺制作了AWG,经测试得到AWG器件的损耗为4.52～8.1 dB,串扰为17～20 dB,能够实现良好的波分复用/解复用功能.     

Optimization of 16×0.8 nm Si-based SiO_2 Arrayed Waveguide Grating

对设计的折射率差为0.75%的16×0.8nm硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG),围绕插损和串扰问题,采用广角有限差分束传播方法(FD BPM)进行了数值模拟和优化。通过优化在输入波导、阵列波导的喇叭口,得到了插损为1.5dB、串扰为-48dB的AWG,优化后的指标已达到商用要求。     

SOI阵列波导光栅的设计与制作

本文讲述了基于SOI材料的5×5阵列波导光栅(AWG)的设计与器件的制作.设计结果显示,通过选择合适的波导结构可以有效地减小器件的偏振特性;采用合适的弯曲半径,不但可以减小器件的损耗,而且可以降低器件的串扰.器件的测试结果表明,器件的中心波长、通道间隔与设计值基本相符;器件的相邻信导串扰接近10dB.器件初步达到分波的功能.     

基于绝缘层上硅平坦化阵列波导光栅的单纤三向器

设计了基于绝缘层上硅(SOI)平坦化阵列波导光栅单纤三向器.三向器三个波长(1310,1490和1550nm)工作在阵列波导光栅的三个不同的衍射级数,并在阵列波导光栅的输入波导末端引入多模干涉器(MMI),实现了平坦响应的三波长波分复用.模拟结果表明基于这一设计的三向器3dB带宽为6nm,串扰小于-40dB,插损为5dB.制备的三向器经测试输出光场清晰,实现了三向器的功能.     

基于绝缘层上硅平坦化阵列波导光栅的单纤三向器

设计了基于绝缘层上硅(SOI)平坦化阵列波导光栅单纤三向器.三向器三个波长(1310,1490和1550nm)工作在阵列波导光栅的三个不同的衍射级数,并在阵列波导光栅的输入波导末端引入多模干涉器(MMI),实现了平坦响应的三波长波分复用.模拟结果表明基于这一设计的三向器3dB带宽为6nm,串扰小于-40dB,插损为5dB.制备的三向器经测试输出光场清晰,实现了三向器的功能.     

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。     

16×0.8nm硅基二氧化硅AWG性能优化

对设计的折射率差为0.75%的16×0.8 nm硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG),围绕插损和串扰问题,采用广角有限差分束传播方法(FD-BPM)进行了数值模拟和优化.通过优化在输入波导、阵列波导的喇叭口,得到了插损为1.5 dB、串扰为-48 dB的AWG,优化后的指标已达到商用要求.     

AWG中阵列波导耦合系数的计算

针对阵列波导光栅（AWG）中阵列波导耦合系数的计算问题，提出了基于光束传播方法（BPM）的叠加积分方法的修正方法。将修正前、后的结果与简单叠加积分方法的结果作了分析比较，从而验证了修正方法的正确性。分析了阵列波导之间的耦合对耦合系数的影响，阵列波导间距越小，影响越大。     

工艺误差对AWG串扰特性的影响

分析了阵列波导光栅器件的制作过程中引入的各种工艺误差。对波导尺寸误差、折射率误差以及长度误差进行了等效,并计算了位相误差和振幅误差的方差。最后分析了位相误差和振幅误差对阵列波导光栅的频谱特性尤其是相邻通道间的串扰特性的影响。     

硅光子中波分复用技术研究

介绍了硅光子互连中4种波分复用器及相关单片集成发射接收芯片,其中硅纳米线阵列波导光栅及刻蚀衍射光栅波分复用器单个芯片就可以成倍扩展通道数,非常适合大通道数密集波分复用,马赫-曾德尔结构及微环谐振型波分复用器芯片通道数增大时需要多个单元级联,波长准确性及间隔不易控制,比较适合通道数少的芯片应用。同时,给出了自主设计和制备的硅纳米线阵列波导光栅和刻蚀衍射光栅,通过采用阵列波导展宽方法,有效抑制了阵列波导的串扰,实现串扰小于-15 d B;通过在刻蚀衍射光栅反射面引入二维光子晶体反射镜,降低了刻蚀衍射光栅的反射损耗,损耗比普通刻蚀衍射光栅减小了3 d B。     

集成光学多通道交叉波导单元的设计分析

采用基于帕德算子的宽角多步有限差分光束传播算法模拟双通道交叉波导单元光场传输特性,讨论了交叉角度对交叉单元分支波导输出光功率和波导间串扰的影响.结果表明,交叉角很小时,直波导的功率输出变化不稳定,相邻波导间串扰大.交叉角大于5°时,直波导的归一化输出光功率超过0.9,且随着交叉角增大而逐渐增大至趋于稳定,相邻波导间的串扰非常小.随后,以三通道和五通道交叉波导为例分析了多通道交叉波导单元.     

Si纳米线阵列波导光栅制备

采用绝缘层上Si(SOI)材料设计制备了3×5纳米线阵列波导光栅(AWG),器件大小为110μm×100μm。利用简单传输法模拟了器件的传输谱,并采用二维时域有限差分(FDTD)模拟中心通道输出光场的稳态分布,模拟结果表明,器件的通道间隔为11 nm,通道间的串扰为18 dB。通过电子束曝光(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀制备了所设计的器件,光输出谱测试分析表明,器件中心通道的片上损耗为9 dB,通道间隔为8.36～10.40 nm,中心输出通道的串扰为6 dB。在误差允许范围内,设计和测试的结果一致。