基于遗传算法的集成光子器件对准

设计了一种基于遗传算法的集成光子器件自动对准方法.该算法克服了对准搜索中的早熟现象,改善了简单遗传算法搜索后期收敛速度慢的缺陷.仿真实验表明,在平面光波导与单模光纤自动对准过程中,该改进的遗传算法平均检测207个空间点时达到了0.01 dB的对准功率损耗.     

PbS量子点在荧光集光太阳能光伏器件上的应用

荧光集光太阳能光伏器件在平面光波导效应的作用下实现等效聚光,可以减少太阳能电池的用量,有效降低光伏发电的成本。将胶体化学法制备的吸收和发射在近红外波段的单分散球状PbS量子点荧光材料封装于两片光伏超白玻璃间的正己烷溶液中,构成溶液夹层封装的平面光波导,并和效率为17%的单晶硅太阳能电池耦合,制作出了吸收在700～1000nm,效率约为1.31%的近红外荧光集光太阳能光伏器件。     

基于Hough变换的高精度机器视觉对准系统的研究

随着集成电路特征尺寸的不断减小,I/O引脚数日益增加。对于高密度封装,尤其是2.5D/3D封装中,电子元件和基底快速而准确的对准十分关键。利用高性能CCD搭建了一套精密的光学视觉对准系统,并采用Hough变换算法对芯片和基底进行对准试验。采集的图像经过去噪预处理后采用形态学边缘检测方法提取对齐标记,并通过Hough变换得到4组平行直线,然后计算基底的位移和旋转角度并完成对准。使用Matlab编程配准,程序运行时间约为4.2 s,旋转参数的误差小于1.2°,x和y轴的平移误差均小于1 pixel。试验结果表明基于Hough变换算法的光学视觉对准系统可以快速而精确地实现芯片和基底对准,满足IC封装需求。     

紫外写入SiO2平面光波导制作新方法研究（三）：光波导制作

本文报导用紫外写入法制备SiO2平面光波导的理论基础,工艺过程和实验结果。介绍了含光敏层的多层SiO2平面光波导的材料和掩膜的制备方法,紫外写入的设备与工艺,用这种新方法制备出性能良好的直波导和Y分叉光波导。     

LiNbO_3:Fe晶体中光写入平面光波导的导光特性研究

从光折变效应的单中心模型和载流子的光伏迁移机理出发给出了高斯片光在LiNbO3:Fe晶体中导致的折射率变化分布的解析表达式 .利用片光以“三明治”辐照方式在LiNbO3:Fe晶体中写入了平面光波导结构 .用切片干涉法测量了波导区的折射率分布 ,并对波导进行了简单的导光测试 .根据射线方程以及波导的折射率分布对光写入波导的导光特性进行了模拟计算分析 .研究结果表明 ,在LiNbO3:Fe晶体中光写入光波导是可行的     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃平面波导

研制一种新型的Er^3 -Yb^3 共掺磷酸盐激光玻璃材料，在其上用离子交换方法进行平面光波导制作研究。实验表明，该玻璃在AgNO3 KNO3 NaNO3混合熔盐中具有良好的化学稳定性，为平面光波导放大器的制作提供了实验依据。     

基于有限元的平面光波导粘接热应力分析

基于有限元理论对阵列光纤和波导芯片粘接情况进行了建模与仿真,分析了在温度变化下不同粘接区域厚度的热应力和微位移的产生和分布,结果表明粘接界面的边缘区域对温度变化最敏感.根据光弹效应定性分析了粘接区域的应力双折射,并利用光束传播法计算了由此微位移所导致的光功率损耗,结果表明若以附加损耗小于0.15 dB的标准考察,则必须要求粘胶厚度的理论值在16 μm以内.总结了温度变化和在相同条件下不同粘胶厚度对平面光波导封装性能的影响规律.     

Ag+-Li+离子交换制作Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃平面光波导

制备了化学稳定的Er3+/Yb3+共掺的磷酸盐玻璃,并在其中制作了用于光放大器和激光器的平面光波导.这种磷酸盐玻璃的失重速率为4.7×10－5g·cm－2·hr－1,小于Kigre公司商业化的磷酸盐玻璃QX/Er的失重速率.采用Ag+-Li+交换技术制作了平面光波导并用m-线光谱在632.8 nm测量了平面光波导的有效折射率.根据反WKB法得到折射率形貌,计算了离子交换参数如:离子交换深度、表面折射率,折射率改变和扩散系数等.     

基于有限元的平面光波导粘接热应力分析

基于有限元理论对阵列光纤和波导芯片粘接情况进行了建模与仿真,分析了在温度变化下不同粘接区域厚度的热应力和微位移的产生和分布,结果表明粘接界面的边缘区域对温度变化最敏感.根据光弹效应定性分析了粘接区域的应力双折射,并利用光束传播法计算了由此微位移所导致的光功率损耗,结果表明若以附加损耗小于0.15dB的标准考察,则必须要求粘胶厚度的理论值在16μm以内.总结了温度变化和在相同条件下不同粘胶厚度对平面光波导封装性能的影响规律.     

单侧耦合16通道100GHz硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

介绍了一种新型单侧耦合16通道、100GHz通道间隔的硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)。通过增加一个Y分支波导结构,将AWG的输入、输出波导等间距整齐排列,仅用一个光纤阵列(FA)就可以对AWG器件进行耦合封装。这种AWG的结构设计可有效地减小器件尺寸和增加波导结构的弯曲半径,可减少器件的抛光和耦合时间,可降低器件的成本。     

基于平板波导的小型红外光栅光谱仪光学设计

为实现红外光谱仪器的小型化,通过分析现有小型光谱仪,提出了一种基于平板波导的小型红外光栅光谱仪的设计方法。平板波导光谱仪的小型化原理与一般的微小型光谱仪不同。在平板波导光谱仪中,光束被限制在一层薄薄的平板波导介质中传播,看起来像是整个光学系统被压扁了。在垂直于平板波导的方向上光学元件的尺寸可以做到很小,从而显著减小光学系统的尺寸。该系统的设计可分为Czerny-Turner结构设计、波导结构设计。先根据像差理论设计Czerny-Turner结构,目标是保证光谱分辨率及校正像差;然后根据几何光学理论设计波导结构,包括平板波导和两个柱面透镜,目标是压缩光束并校正像散;最后将它们输入Zemax软件中进行综合优化,以获得最优的光学系统。据此方法设计了一个平板波导红外光栅光谱仪,工作波段为8~12 μm,数值孔径为0.22,采用线阵探测器。通过Zemax软件对结果进行分析和评价,表明仪器光学系统的尺寸为130 mm×125 mm×20 mm,工作波段内光谱分辨率达到80 nm,满足设计指标要求。证明了该优化设计方法是可行的,所得系统尺寸小、性能高。     

基于倏逝场耦合的石墨烯波导光传输相位特性仿真与实验研究

石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一,目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场,并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法,研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性,并通过实验进行了验证. 结果表明,沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用,石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模,在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法,对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义. 关键词： 石墨烯平面光波导 倏逝波 光场强度 相位     

Comparative study of asymmetric versus symmetric planar slab dielectric optical waveguides

In this paper we have studied the asymmetric versus symmetric planar waveguide in terms of their usefulness in optical fiber communication systems. We have explored the thin waveguide versus thick waveguide first. Later on usefulness of asymmetric versus symmetric waveguide is carried out to target for WDM optical network application. All kinds of optical network components are fabricated on Si substrate with the point of view of their application. Here asymmetric planar structure may be more useful compared to symmetric waveguide in terms of their non-uniform power confinement properties. However, the symmetric waveguide structure may be more useful for their high power confinement properties. It is well known that the thin symmetric waveguide supports at least one mode. However the thick waveguide may support many even as well as odd modes. We study the power confinement properties for symmetric as well as asymmetric waveguide structure. We conclude that higher order modes show the nonlinear power variations. Mode field profile for various cases is discussed as well. Comparative study between asymmetric versus symmetric waveguide has a lot of significance in optical network area. It has been shown through analysis that in asymmetric waveguide, the power flows more through film region in the case of fundamental mode. Power confinement properties for asymmetric waveguide versus symmetric waveguide have been studied.     

基于光纤反射腔的高灵敏电流传感器方案

提出了一种基于平面Y分支波导与法拉第旋镜的高灵敏度光纤电流传感器结构方案。利用两个法拉第旋镜与平面Y分支波导构成一个光纤反射腔,通过光在腔中的多次反射来增加待测电流导致的传感光纤中的法拉第相移,从而实现对微弱电流的测量。该结构方案中首次采用了平面Y分支光波导,从而可降低光路系统损耗,增加灵敏度,为微弱电流测量的工程化提供了一种可行的方法。     

Hybrid photonics structures with grating and prism couplers based on ZnO waveguides

This paper presents the results of investigations concerning input-output systems of an electromagnetic wave in the visible and near visible spectrum for their application in structures of integrated optics. The input-output structures used in described planar optical waveguides are in a form of prism and grating couplers. The first part of the paper contains numerical analysis of grating couplers aiming at an optimization of their geometrical parameters, strictly — the depth of the grooves in the grating coupler. The second part presents the practical realization, as well as experimental tests of the planar optical waveguide with the hybrid input-output system. As the input system of the electromagnetic wave, a prism coupler was used, and in the case of the output system — a photonic structure with grating coupler was applied. The investigated planar wave guides with the input-output structures were made of a wide energy band gap semiconductor — zinc oxide (ZnO).     

低损耗有机无机混合溶胶凝胶波导的实验研究

利用有机无机混合的溶胶凝胶方法在硅基底上制备波导薄膜.采用正硅酸四乙酯和苯基三乙氧基硅烷作为反应先驱物，利用旋涂的方法成膜，对其折射率，传输损耗以及条形波导的光刻、刻蚀特性进行了研究.测量了波导薄膜折射率随成分变化的关系.实验表明，该方法工艺简单，可以获得具有较低损耗的波导薄膜.测试得到632.8 nm波段的损耗系数为0.23 dB/cm.采用ICP刻蚀工艺获得了较为平整的条形波导.     

掺铒磷酸盐玻璃离子交换波导表面保护的研究

对离子交换波导制备过程中掺铒磷酸盐玻璃表面的侵蚀问题进行了研究,分析了产生侵蚀的原因,提出镀K9玻璃薄膜的方法,对掺铒磷酸盐玻璃表面进行保护.采用光学显微镜和原子力显微镜对波导表面特性进行了表征,同时对平板波导的光学特性进行了测试.研究表明K9玻璃薄膜不仅能够对掺铒磷酸盐玻璃起到保护作用,同时允许交换离子透过进入磷酸盐玻璃形成波导层.     

Photorefractive properties of optical waveguides in Fe:LiNbO<Subscript>3</Subscript> crystals produced by O<Superscript>3+</Superscript> ion implantation

The photorefractive properties of optical planar waveguides in Fe:LiNbO₃ crystals fabricated by O³⁺ ion implantation are investigated. Two-wave mixing experiments are carried out for both the waveguide and the bulk. The results show that the measured gain coefficients are almost identical for the waveguiding layer and the substrate. In the waveguide, the response time could be reduced by one order of magnitude, with respect to the bulk, at the same power level of the incident light.     

Resonant light scattering by optical solitons

We consider the process of light scattering by optical solitons in a planar waveguide with homogeneous and inhomogeneous refractive index cores. We observe resonant reflection (Fano resonances) as well as resonant transmission of light by optical solitons. All resonant effects can be controlled in experiment by changing the soliton intensity.     

Impressing technology of optical Bragg’s gratings on planar optical sol-gel waveguides

The aim of the presented investigations was to develop a technique of producing Bragg’s grating couplers on planar waveguides. Waveguides are obtained by means of the sol-gel technology. The introduction of a light beam into the structure of the waveguide is in the case of planar or strip optical systems always an essential technical problem, requiring simple and reproducible solutions without extending excessively the waveguide structure. The paper presents a technology of producing grating couplers by impressing the pattern of the network while forming the planar waveguide structure applying the sol-gel method. Some remarks concerning the sol-gel technology are also presented. The results of investigations on grating couplers obtained in such a way have been discussed, too. Attention has been drawn to the possibility of using such structures in optoelectronic sensors, particularly gas sensors, including sensors of water vapour as well as toxic gases.