氧化硅亚微米纳米线光波导的制备

介绍一种新的氧化硅亚微米纳米线光波导的制备方法。使用这种方法制备出的光波导具有良好的直径均匀性和表面粗糙度,满足低损耗传输的要求。纳米级的尺寸以及独特的光学特性,使得亚微米纳米线光波导在亚波长结构的微电子、光电子及光子器件中具有较好的应用前景。     

一种新型液／液光波导的模拟研究

提出了一种新型单模液,液渐变型光波导模型。理论依据是非极性液体在高强度电场下的克尔效应。采用了多物理场耦合软件对微纳流体微管道模型进行分析．微纳流体管道和纳米线电极结构尺寸对电场强度影响表明,优化设计后的液体微管道可以实现光波导功能。     

一种新型的波导矩阵光开关

摘要：在分析马赫-曾德尔干涉仪（MZI）基本结构的基础上,定义了二种开关形式,以二者作为结构单元,采用Banyan网络结构,提出了一种新型的可实现1：k(k＞1)多路连接的波导矩阵光开关,以2×2、4×4矩阵光开关为例,给出了该类光开关的结构和功能。对MZI结构进行了性能模拟和优化,分析了Banyan网络中交叉连接损耗与交叉角度的关系,并由此对整个开关的插入损耗进行了分析。基于PLC技术制作出相应的MZI开关单元及2×2、4×4波导SiO2光开关实物,测试结果与仿真结果基本吻合,开关时间均小于1ms,该类光开关能够很好地实现多路开关的功能。     

增强现实近眼显示设备中光波导元件的研究进展

增强现实技术是一种将虚拟环境信息叠加在真实世界中并加以有效利用的一种新型显示技术,在教育、医疗、旅游、汽车、建筑等领域有广阔的应用前景.增强现实近眼显示设备是增强现实技术的重要组成部分,而光波导是实现增强现实近眼显示设备高性能与微型化等特性的核心光学元件.光波导主要分为几何光波导和衍射光波导,几何光波导原理简单,其制备...     

基于电纺直写的图案化微纳结构喷印技术

研究了利用电纺直写技术进行图案化微纳结构可控喷印沉积的方法,该方法利用喷头与收集板之间的稳定直线射流来实现有序纳米纤维的直写制造。分析了电纺直写射流在静止收集板和移动收集板上的沉积行为;探究了工艺参数对电纺直写微纳结构定位误差的影响规律。实验显示:在内部应力和电荷排斥力的作用下,射流会产生弯曲螺旋从而引导纳米纤维在静止收集板上逐层叠加形成三维微结构;提高收集板运动速度可克服射流螺旋鞭动,获得无螺旋结构的直线纳米纤维。根据设计图形分别电纺直写了方波、多圈矩形纳米纤维图案,分析了直写图案尺寸与设计图案尺寸间的误差。结果显示:电纺直写纤维图案定位误差随着收集板运动速度、喷头至收集板距离、施加电压、收集板运动距离的升高而增加;优化实验条件和试验参数,电纺直写微纳结构定位误差可优于10μm。实验验证了微纳结构图案的精确喷印沉积有助于提高电纺直写技术的控制水平。     

微纳流体光波导及其在生物传感器中的应用

微纳流体光波导融合了微观流体与微光学特征,能够在相同物理空间实现流体介质和微光学信息功能及结构的集成,是生物化学分析及生物传感器的关键器件.本文综述了微纳流体光波导研究现状及其在生物传感器和生物化学分析中的应用实例.论述了实现微纳流体光波导的全反射机理、多层干涉效应,抗谐振反射机理,以及基于上述机理实现的各种流体波导形式.重点分析了基于微纳流体层流效应的全流体波导,基于多层干涉效应的Bragg光波导、空心光子晶体波导、狭缝光流体波导、抗谐振反射光波导等多种波导的特点.指出狭缝光流体波导和抗谐振反射光波导具有更好的设计灵活性,且检测灵敏度高、可靠性好、易于集成制造,可望在生物传感器及微纳流体光学系统中得到更广泛的应用.     

光波导气体传感器

本文概述了光波导气体传感器的结构,工作原理,对待测气体所引起的光波导表面染料膜的光吸收系数和折射率的改变与透射光强度的关系进行了理论分析和计算,给出了最佳膜厚度为d_esinθ_v/2。     

光波导中受控光信号时延研究

提出了一种光波导中全光等效光速减缓方法,并结合计算机模拟和实验结果进行分析。在光折变波导材料中采用掩模法光写入Bragg光栅。随后在波导背面用红拍频激光对Bragg光栅进行擦除,使局部光栅被擦除而形成移动腔,其内可存入并传输信号。通过改变拍频光的群速度的方法,达到控制光信号传输速度的目的。该系统提供了一种实现等效光速减缓的新途径。     

玻璃基硅光波导的研制

采用硅-玻璃键合和选择性腐蚀技术研制出了玻璃上硅(SOG)光波导材料。所研制出的光波导材料表面质量主要取决于所用绝缘体上硅(SO I)材料。当所用SO I材料为基于SIMOX技术的材料时,表面RM S粗糙度为3nm左右,自相关长度为100nm左右。采用SOG材料所制作出的脊型光波导的传输损耗与相应的SO I材料上制作出的光波导相当。这种光波导材料既具有SO I材料的众多优点,还可以在器件制作中同时实施硅的下界面处理,同时它采用玻璃作为波导的下限制层,得到较厚的下限制层。     

采用硅V型槽的一维光纤阵列的研制

阐述了一维光纤阵列的研制方法,分析了V型槽法中硅V型槽腐蚀机理,计算了V型槽的开口及间距与光纤半径及纤芯截面圆心距的关系,给出了最小槽深与光纤半径及V型槽开口的关系式。用各向异性腐蚀技术制作了硅V型槽,比较了紫外及红外粘接剂的性能,进行了光纤的排列、粘接及抛光,制作出一维光纤阵列。用原子力显微镜测量光纤阵列表面粗糙度为纳米量级,用ZYGO数字干涉仪检测光纤的端头位置误差为3~5 μm。该项工作为二维光纤阵列的高精度制备奠定了基础。     

纳米平板硅波导的特性研究

基于麦克斯韦方程和数值计算方法对芯层厚度在纳米尺度的空气包层电介质光波导的导波特性进行了分析。编程得到了包层、芯区、衬底三部分各自能量的比例关系;有效折射率随芯区厚度变化的规律;群折射率和群速度随波长变化的规律;以及色散曲线。并将结果与微米尺度的情况进行了比较、讨论,发现由于芯区尺寸的减小,使得模场向外泄露,耦合性增强。这对于纳米尺度光子器件的设计和制造具有重要的意义。     

二氧化硅平面波导集成光开关器件研究

基于二氧化硅平面光波导平台,设计并制作了一种多模干涉马赫曾德型的低功耗热光开关。该器件结合了多模干涉耦合器的稳定性及二氧化硅波导和热光开关的低损耗等优势。经仿真,对器件参数进行了优化,并讨论了金属层与波导的间距对传输光强及功耗的影响。测试结果表明,该器件的结构稳定,偏振依赖小,插入损耗低于2 dB,能实现开关的转换,功耗为450 mW左右,开关响应时间为103 μs和113 μs,在1 564 nm工作波长下消光比超过16 dB,尺寸为2.30 cm×0.25 mm。该器件不仅与互补金属氧化物半导体工艺相兼容,同时与光纤之间也有较好的兼容性。二氧化硅波导光开关器件具有成本低,产量大,性能稳定的优势,能给光通信及光计算的未来发展提供可靠的基础。     

Propagation of surface plasmon polariton in nanometre-sized metal-clad optical waveguides

Using a local anodic‐oxidation method with a probe tip of a scanning near‐field optical microscope (SNOM) as the electrode, we have fabricated an oxide core with subwavelength dimensions on metal. The propagation of the surface plasmon polariton (SPP), which is excited at the interface between the oxide core and the metal clad, has been investigated using the same SNOM. Altering the wavelength of input light from 532 nm to 830 nm, the propagation length of the SPP extends from 2 µm to 6 µm. We carried out a simulation of the SPP propagation, and obtained a similar wavelength dependence.     

减小SiO2光波导表面粗糙度的ICP干法刻蚀工艺研究

波导表面粗糙度引起的散射损耗是SiO2光波导传输损耗的主要来源,通过降低表面粗糙度可以获得低损耗SiO2光波导。通过优化ICP干法刻蚀工艺的各参数(如温度、压强、气体流量、感应/偏置功率等)获得了低粗糙度的SiO2光波导,并采用SEM和AFM对刻蚀表面粗糙度进行了定量测试。采用优化刻蚀工艺可将表面粗糙度从35.4nm降低到3.6nm,波导传输损耗约为0.1dB/cm。     

光纤持气率测井仪响应规律的实验研究

为考察现有光纤持气率计在油气水三相流中的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在油量固定不变含水量不同条件下的持气率响应规律。实验结果表明,当油量为5m3/d、气量小于10m3/d时,持气率随含气量的增大而增大,二者线性变化程度较低;而气量在10～35m3/d之间变化时,持气率随含气量的增大而线性增大。     

光纤持气率计在气/水两相流中响应规律的实验研究

为考察现有光纤持气率计对气液两相流的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在不同气/水配比条件下的响应规律。实验结果表明,光纤持气率探针在静水条件下以及在气/水总量为80m3/d的不同气/水配比情况下,持气率对气含量的响应均基本呈线性变化规律;当气/水总量低于45m3/d时,持气率对含水量响应不呈线性规律。     

油气水三相流产出剖面光纤持气率计响应规律的实验研究

为进一步研究油气水三相流产出剖面测井中光纤持气率计在高含水情况下的响应规律,在大庆油田多相流实验装置上进行了动态实验研究。实验结果表明,当油的流量一定,高含水的情况下,气量在5~10m3/d变化时测量持气率值与实际持气率值之间误差变化较大。气量大于10m3/d时误差变化较小,说明该仪器适合测量气量在10m3/d以上的混合流体。此结果对光纤持气率计的进一步优化设计提供了实验依据。     

Spatial distribution and polarization dependence of the optical near-field in a silicon microfabricated probe

This paper reports on the spatial distribution and polarization behaviour of the optical near-field at the aperture of a Si micromachined probe. A sub-100 nm aperture at the apex of a SiO₂ tip on a Si cantilever was successfully fabricated by selective etching of the SiO₂ tip in a buffered-HF solution using a thin Cr film as a mask. The aperture, 10–100 nm in size, can be reproducibly fabricated by optimizing the etching time. The optical throughput of several apertures was measured. For a 100 nm aperture, a throughput of 1% was approved. The probe shows a very high optical throughput owing to the geometrical structure of the tip. The spatial distribution of the near-field light is measured and simulated using a finite difference-time domain method. The polarization behaviour of apertures with different shapes was analysed using a photon counting camera system.