1.31μmAPE光波导及其相关器件研究

利用退火质子交换技术对工作波长为1.31μm的X-切、Y-传LiNbO3单模光波导进行了实验研究与分析;测试了不同交换时间(te)与退火时间(ta)条件下的光波导近场模光强分布曲线;通过与单模光纤模场测试比较,获得了与单模光纤模场匹配的退火质子交换(APE)光波导,其中光纤-波导-光纤的插入损耗最低达到3.2dB;同时利用所研制的光波导制作了相位调制器与M-Z型强度调制器,并对其低频调制特性进行了测试。     

铌酸锂薄膜调制器的协同仿真与优化设计

电光调制器的半波电压和带宽主要取决于其电极结构,基于绝缘体上铌酸锂(lithium niobate on insulator,LNOI)结构调制器波导与基底折射率差为传统工艺的10倍左右,能够大幅提高光场和电场的重叠度,降低调制器的半波电压,提升调制带宽.当前迫切需要针对这一新型调制结构的电极进行优化设计.应用COMSOL Multiphys-ic和HFSS软件对LNOI结构的强度调制器进行协同仿真和优化设计.主要讨论了电极宽度、电极厚度、电极间距和上下包层厚度对调制器特性参数的影响,得到了调制器的电光重叠积分、微波折射率、微波衰减系数和电极特性阻抗等参数.在此基础上,通过约束算法优化设计这些性能参数达到提高带宽和降低半波电压的目的.结果表明,在电极长度为1 cm的情况下,半波电压约为2.17 V,3 dB带宽大于70 GHz.该研究工作对基于LNOI结构的电光调制器的电极设计具有重要的指导意义.     

外调制器直流偏压与输出光功率特性分析

根据铌酸锂晶体的电光调制特性,采用折射率椭球方法分析了x切y传马赫-曾德强度调制器的调制原理.讨论了直流偏置电压对调制器输出相位的影响,给出直流偏压与调制器输出光功率之间的非线性特性关系式.当调制器工作在最佳的直流偏置点Vπ/2附近时为近线性工作区;当直流偏压偏离Vπ/2过多,则造成较大幅度的输出光功率变化,并导致微波光纤链路中所传输的电信号失真.实验表明,测试结果与理论分析相符.     

基于光谱分析的强度调制器半波电压测量

为了提高信息容量,调制器的调制信号已经发展到Ka微波频段,频率往往大于10 GHz,带宽达到几十GHz.这使得其半波电压会发生明显的变化,进而直接影响到调制器的调制效率以及光谱特性.将光谱分析法推广到强度调制器半波电压的测量中,理论分析了MZM调制器(Mach-Zehder modulator,MZM)在射频(radio frequency,RF)信号调制下的输出光光谱特性,利用调制边带强度比计算调制器在不同的调制频率和调制功率下的半波电压.实验结果表明:MZM调制器半波电压随着输入射频频率的增加而上升,且与输入调制功率的变化相比,调制频率的变化对调制器半波电压的影响更大.针对不同调制条件下对强度调制器的半波电压进行测量,可为优化设计微波光子链路提供基础数据,对提高系统的传输性能具有重要实用意义.     

LiNbO_3光波导的退火特性研究

LiNbO3晶体材料是一种具有优良电光特性的光学材料,可以制作集成光波导器件,因此在光通信领域得到了广泛的应用。文章在LiNbO3光波导的结构特性方面,实验研究了退火质子交换波导和LiNbO3衬底的X射线衍射谱,分析计算了交换波导层的应变信息。     

LiNbO3电光调制器行波电极优化设计

分析了厚电极厚缓冲层的共面波导Mach-Zehnder行波电极LiNbO3光调制器,讨论了电极厚度和缓冲层厚度对调制器特性参数的影响,得到了调制器的有效折射率、特征阻抗、半波电压及损耗系数等参数。通过对比分析,选择合适的电极厚度和缓冲层厚度,优化调制器性能,近似满足速度和阻抗匹配,实现了图宽带调制。     

二次离子交换低损耗光波导调制器的研制

报导了二次离子交换玻璃光波导的制作及理论分析。为了便于定量分析,建立了一种合理的光波导系统的物理模型,得到了二次离子交换光波导的归一化折射率分布及不同交换时间形成的波导折射率分布。在此基础上,设计、制作Ｋ＾＋－Ｎ＾＋ａ二次离子交换热－光波导调制器,实现了低插入损耗的离子交换Ｍ－Ｚ型调制器。     

钛扩散LiNbO3分支光波导调制器的原理与研制

本文报道了作者设计并在实验室条件下研制的钛扩散 LiNbO_3分支光波导调制器。观察了其导波模式;测得其半波电压约为9.0伏,最大调制深度约为46%,估计带宽为5.5GHz;还观察了不同频率下的电调制现象。对提高器件性能提出了改进意见。     

集成光学相位调制器相位漂移补偿方法研究

铌酸锂集成光学相位调制器是数字闭环光纤陀螺的核心器件.其半波电压随温度的变化和调制解调电路反馈通道增益的变化直接影响相位调制器调制特性,产生相位漂移,从而影响了标度因数的稳定性.为了补偿相位调制器的相位漂移,提高标度因数的稳定性,提出引入了第2反馈回路的四状态偏置调制方法,给出了偏置调制方程,并分析了偏置相位的选择对系统信噪比的影响.对采用四状态调制的光纤陀螺进行测试,所得标度因数稳定性比单闭环方波调制方案提高了近一倍.结果证明,该方法对光纤陀螺标度因数稳定性的提高是有效的,具有重要意义.     

用于空间目标动态跟踪的阵列式激光束

设计了一个以256×256像素液晶空间光调制器为激光光束偏转器件的空间目标追踪系统.该系统通过空间光调制器对入射光的纯相位调制来产生动态指向空间目标的二维激光束阵列,以达到对目标的动态跟踪.阵列式光束是通过任意点阵图的相位优化设计方法产生的,该设计方法通过优化算法给出目标图形的优化相位.针对具体运动目标,进行了系统的动态性和偏转角度误差的测试实验,结果表明该追踪系统动态响应时间小于200 m s,偏转角度误差不超过0.032°.采用该方法对空间目标进行扫描跟踪,具有精确、响应快、无机械惯性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有重要研究价值.     

40Gb/s光通信系统驱动放大器设计

针对40Gb/s光通信系统对高速芯片的需求,设计出一种微波单片宽带驱动放大器。该放大器基于0.15μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管工艺,可用于驱动铌酸锂调制器。放大器的宽带实现方案选择分布式拓扑结构,增益单元选择带有耦合电容的共源共栅结构。利用ADS仿真软件进行设计仿真,结果显示,所设计的放大器在DC-35GHz的工作带宽内增益响应平坦,电压增益大于10dB,增益平坦度为±0.5dB,具驻波特性良好,其输入、输出反射系数在频带内的典型值均小于-10dB;在1dB压缩点的输出功率为20dBm,故设计方案可行。     

新型大角度低损耗Y分支在集成光器件中的应用

介绍了一种新型低损耗大角度Y分支器的基本原理,并把这种新型结构应用于1×4光分路器和M-Z调制器中,然后利用FDBPM方法进行了仿真,结果表明1×4光分路器在长度大大减小的同时,实现了只有0.32 dB的低损耗;当分支角度等于14.3°时,M-Z调制器实现了干涉相消。与普通结构的器件相比,应用新型低损耗大角度Y分支器的光分路器和M-Z调制器具有损耗低、尺寸小等优点。     

Fluorinated polymer with high thermal stability for fabrication of 32-channel arrayed waveguide grating multiplexer on silicon

A cross-linkable fluorinated poly （ether ether ketone） （FPEEK） was synthesized for the fabrication of arrayed waveguide grating （AWG） multiplexer. The results of thermal gravimetric analysis （TGA） and near-infrared absorption spectrum show that the materials have high thermal stability and high optical transparency in the infrared communication region. The refractive index of FPEEK can be controlled easily by changing the fluorine content of the materials. The 32-channel AWG multiplexer is fabricated using the FPEEK and oxygen reactive ion etching technology. The AWG multiplexer exhibits that the insertion loss is from 12.8 to 17.8 dB and the channel crosstalk is less than -20 dB. The wavelength channel spacing and the center wavelength are 0.8 nm and 1 548 nm, respectively.     

4×10 Gbit/s OTDM 100 km传输系统及其解复用

利用实验室自制的40Gbit/s 光时分复用（OTDM）结构,搭建了4×10Gbit/s OTDM 100km的传输系统,基于电吸收调制器和时钟提取模块组成的解复用模型,成功实现了传输后10GHz时钟分量的提取和10Gbit/s信号的无误码传输及解复用. 通过实验比较了中间补偿和后补偿2种不同方式下的色散补偿效果,同时实现了色散和色散斜率的补偿,其分别引入的功率代价约为08、065dB.     

基于Si纳米线AWG的超紧凑单纤三向滤波器设计

采用绝缘层上Si(SOI)纳米线阵列波导光栅(AWG)结构设计了超紧凑光纤到户(FTTH)单纤三向滤波器。二维时域有限差分(2D-FDTD)模拟输出光场表明,3个波长光信号输出光场清晰,实现了1490 nm和1550nm下行波长的解复用和1310 nm波长的上传复用功能;进一步的输出功率模拟表明,当各波长信号输入功率为1 mW时,1490 nm端口输出功率为0.49 mW,1550 nm端口输出功率为0.49 mW,1310 nm上传信号功率为0.55 mW,相应的插入损耗分别约为-3.1、-3.1和-2.6 dB。各端口的串扰光功率可被抑制到-25.2 dBm以下,相应的串扰小于-22.6 dB。采用电子束(EB)光刻结合诱导耦合等离子干法(ICP-RIE)刻蚀,制备出了Si纳米线单纤三向滤波器,经红外CCD成像观察到器件具有3个波长的分波功能。     

Photonic Vector Signal Generation by Frequency Sextupling for Radio Over Fiber Systems

面向光载射频系统的光子学六倍频矢量信号产生方案

王思阳,刘乃安

（西安电子科技大学 综合服务网络国家重点实验室,西安 710071）

创新点说明：

提出一种面向光载射频系统的光子学六倍频矢量信号产生新方案,该方案结构简单,可通过光子学六倍频技术大幅度降低系统带宽需求,产生的矢量信号质量较好,可避免由光纤色散引起的周期性功率衰落,避免相位混叠。

研究目的：

利用光子学大带宽优势,实现60GHz频段矢量信号的光子学产生,降低调制器、本振、驱动电路的带宽,同时避免相位混叠和功率衰落。

研究方法：

通过理论分析与仿真验证相结合的方法。

结果：

1）经过0-40km光纤传输,矢量信号功率保持一致,说明该方案产生的矢量信号可以避免由光纤色散引起的周期性功率衰落。

2）产生的矢量信号解调后星座图完好,说明该矢量信号产生方法可避免相位混叠。

3）在保证误码率小于10^-9情况下,与未光纤传输相比,光纤传输20、30、40km后接收机功率最大仅增加2.5dB,说明该方法产生的矢量信号质量较好,适合长距离光纤传输。

结论：

所提出的光子学矢量信号六倍频产生方案,结构简单,产生的矢量信号质量较好,可避免由光纤色散引起的周期性功率衰落,避免相位混叠,另外六倍频技术可大幅度降低系统的带宽需求。该方案有望应用于未来60GHz的宽带无线通信系统中。

关键词：双平行马增调制器;倍频;上变频;矢量信号;光载射频

     

带双负载环形天线的集成光波导磁场探测器

针对电磁兼容测试中对磁场探测的需要,提出一种新型的集成光学磁场探测器,它的探测头是由LiNbO3光波导调制器和双负载环天线构成的。由于电磁感应和电光效应,通过探测输出光强便可得知磁场的相关信息。与传统的磁场探测器相比,它具有体积小,对被测场干扰小的特点,并且能够有效抑制电场的影响,提高了探测准确性。通过设计探测头,得到了满足探测要求的光波导磁场探测器,并对该结构进行了仿真,仿真结果与此前的分析吻合,证实了探测器的设计是合理的。     

垂直窗复合光栅腔调谐波导CO_2激光器的研制

本文提出用垂直窗复合光栅腔实现波导 CO_2激光的调谐,这种腔结构比布儒斯特窗复合腔的耦合损耗小,且工艺简单、调节方便.研究结果表明:复合光栅腔尤其适合一级输出方式,以增大总反射率、减小光栅承受的辐射强度,有利于谱线的稳定和实现单纵模运转.这解决了大功率和宽调谐的矛盾.在激活长度 Lg=340mm 的垂直窗复合光栅腔输出端,获得功率为3.8W 的一级10P(20)基模 CO_2激光以及功率大于0.5W 的谱线61条,可直接用作声光调制器光源、光声光谱测试光源.     

双平行马赫-曾德尔调制器的单边带RoF系统

在光纤承载射频(RoF)系统中,传统单边带调制(OSSB+C)产生的光载波分量和光边带分量之间功率差较大,导致接收灵敏度较低．为此提出了一种利用双平行马赫-曾德尔调制器(MZM)产生OSSB+C信号的改进方法．通过调节该MZM调制器的直流偏压,对于任意调制指数,光载波分量和光边带分量之间的功率都能够平衡,得到最优的0dB载边比(CSR)．仿真结果表明,对于小调制指数,接收灵敏度的改善高达7.8dB; 对于其他情况,接收灵敏度改善0.7~1.1dB．另外,还仿真分析了直流偏压漂移对载边比和接收灵敏度的影响．结果显示,如果将偏压漂移控制在5％范围内,则接收灵敏度下降幅度甚小,因而基于所提出方法的RoF系统具有较好的稳定性．