用于FBG解调的AWG芯片的设计、仿真与制备

设计、仿真并制备了一种用于光纤布拉格光栅(FBG)解调的阵列波导光栅(AWG)芯片。该芯片基于SOI衬底进行制备,并在AWG的输入/输出波导、阵列波导与平板波导之间采用双刻蚀结构进行优化。经仿真,该AWG的插入损耗为1.5dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为1.5nm。优化后的AWG芯片采用深紫外光刻技术、电感耦合等离子体等技术制备。经测试,该AWG的插入损耗为3dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为2.3nm。搭建了基于该AWG的解调系统,解调实验结果表明,该系统在0.8nm范围内的解调精度可达11.26pm,波长分辨率为6pm。     

A fast SOI-based variable optical attenuator with a p-i-n structure with low polarization dependent loss

According to the plasma dispersion effect of silicon (Si), a silicon-on-insulator (SOI) based variable optical attenuator (VOA) with p-i-n lateral diode structure is demonstrated in this paper. A wire rib waveguide with sub-micrometer cross section is adopted. The device is only about 2 mm long. The power consumption of the VOA is 76.3 mW (0.67 V, 113.9 mA), and due to the carrier absorption, the polarization dependent loss (PDL) is 0.1 dB at 20 dB attenuation. The raise time of the VOA is 34.5 ns, the fall time is 37 ns, and the response time is 71.5 ns.     

基于双 AWG 的新型 FBG 连续解调方法研究

为了实现基于阵列波导光栅(arrayed waveguide grating, AWG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin, FBG)的连续解调, 提出了一种使用两个 AWG 联合解调的方法。 在一个 AWG 相邻两通道光谱中间插入另一个 AWG 对应通道的光谱,组成最小 的光谱周期;每次测量均从三通道中选择光强度最强的两个通道,利用相对光强解调算法,根据其波长—功率关系对 FBG 中心 波长进行精确测量。 使用两个 100 GHz 的 AWG 搭建了实验平台,并对温度传感器的解调进行研究。 实验表明,在 0. 8 nm 的系 统最小动态范围周期内,实现了对 FBG 的连续精确解调,系统的解调线性度达 0. 999 1,波长精度达±4 pm。 对数据和实验结果 进行数学分析,可以将 C 波段范围分成多个波长周期,系统可以实现在 C 波段 40 nm 全周期范围内对单个 FBG 的连续解调。 该方法不但可以实现在 C 波段范围内基于 AWG 对 FBG 的连续解调,使得运用 FBG 可以连续感测外界物理量变化,提高了系 统的实用性。 而且,该方法能够准确解调出波长信息,为实现对 FBG 的连续精确解调提供了借鉴信息,有利于进一步扩大 FBG 的应用领域。     

基于SOI的16通道VMUX器件单片集成

本文制作了基于绝缘体上硅(SOI)材料的16通道的光功率可调波分复用器(VMUX),并且采用了脊形波导结构。该器件是由信道间隔100GHz的阵列波导光栅(AWG)及电光型可调光衰减器(VOA)组成,该VOA采用了侧向p-i-n二极管结构。该VMUX器件的插入损耗为9.1dB,串扰为10dB。VOA在衰减量为20dB时的注入电流为60.74mA。器件的整体尺寸为2.9×1mm2。该VMUX器件具备优异的16通道波分复用及光功率均衡的性能。     

基于SOI的低功耗低偏振相关损耗的可调光衰减器

基于硅的等离子体色散效应,构建了大尺寸SOI基光波导电光可调光衰减器(VOA)仿真模型,系统模拟分析了结构参数对VOA衰减及偏振相关特性的影响,优化设计出了低功耗、低偏振相关损耗的VOA器件,仿真结果表明,该VOA在20 dB衰减下的功耗仅为24 mW,偏振相关损耗为0.41 dB.     

基于3 μm-SOI的波分复用/解复用器与电吸收型VOA的单片集成

波分复用/解复用器与可调光衰减器的是光通信系统中的重要元器件。为了得到制备工艺简单、响应速度快的二者的单片集成芯片,并且考虑到其与其他不同光器件的集成可能性,在绝缘体上硅材料制作了16通道、信道间隔200 GHz的阵列波导光栅复用/解复用器与电吸收型可调光衰减器的单片集成。该器件的片上损耗小于7 dB,串扰小于-22 dB。电吸收型VOA在20 dB的衰减量下的功耗为572 mW （106 mA,5.4 V）。此外,该器件可以实现光功率的快速衰减,在0~5 V的外加方波电压下,VOA上升及下降时间分别为50.5 ns和48 ns。     

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.     

SOI基PLC型阵列波导光栅与可调光衰减器单片集成

制作了基于绝缘体上硅(Silicon on Insulator,SOI)材料的8×16通道的阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)与电吸收型可调光衰减器(Variable OpticalAttenuator,VOA)的单片集成器件,其信道间隔为200 GHz.该集成器件采用脊形波导结构,其截面尺寸为亚微米级,整体尺寸为2.9 mm×1 mm.该VMUX器件的片上损耗为9.324～10.048 dB,串扰为6.5～8.2 dB;在20 dB衰减下,单通道最大功耗为87.98 mW;最大信道偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss,PDL)为0.461 dB,16通道的衰减一致性为0.245 dB.该器件能够实现良好的波分复用/解复用及信道功率均衡的功能.     

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.     

基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅设计与制备

刻蚀衍射光栅作为波分复用/解复用器件,有望在光通信系统中得到广泛应用。在基于顶层硅厚度为220 nm的绝缘体上硅材料上设计并制作了一种新型刻蚀衍射光栅,该刻蚀衍射光栅引入六角晶格空气孔型光子晶体作为其反射镜。模拟结果显示,相较于传统的阶梯光栅反射镜的刻蚀衍射光栅,光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅在理论上可有效降低器件的制作工艺难度以及插入损耗,同时可以实现器件偏振的保持。随后仅利用一步电子束光刻工艺及一步电感耦合等离子体刻蚀工艺制作了该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅。测试结果表明:该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅片上损耗为9.51~11.86 dB,串扰为5.87~8.72 dB,后续可通过优化工艺条件和优化输出波导布局,进一步提高器件的性能。