紫外写入技术制备光波导器件研究

研究了采用PECVD方法生长的Si基SiO2波导材料的光敏特性.经过高压载氢处理,利用KrF准分子激光脉冲(工作波长为248nm)在波导材料中诱导出的折射率变化量达到0.005,相对值约增加0.34%.详细研究了紫外光诱导出的折射率变化沿样品深度方向的分布情况.最后,采用紫外写入法在PECVD方法生长的Si基SiO2波导芯层中制备出了单模波导和Y分束器样品,并观测到了通光现象,实测结果与模拟结果一致.     

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.     

SiO2/Si波导应力双折射数值分析

采用有限元法对SiO2/Si掩埋光波导制备工艺中的应力变化进行了系统的分析，在此基础上，应用有限差分束传播法(FDBPM)对应力光波导的双折射进行了计算．结果表明上包层的玻璃化过程是SiO2/Si波导形成水平方向和垂直方向应力差的主要原因，相应的应力双折射系数Ｂ在10~－4量级．进一步的分析表明上包层B，P重掺杂可明显减小波导的双折射系数．     

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.     

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。     

slot波导包覆层对功率密度的影响

理论模拟研究了硅基绝缘(SOI)的slot波导中槽内限制功率与slot波导的结构参数以及包覆层折射率的关系.结果表明,如果包覆层的折射率偏离衬底SiO2的折射率,相同参数下的slot波导的传输损耗大于包覆层为SiO2的结构的传输损耗.分析表明,如果包层与衬底折射率不同,限制的光功率会从slot缝隙中渗透到折射率较高的衬底或者包层中,从而引起能量的损耗.理论模拟得到了在缝隙宽度为0.12μm的情况下,slot波导槽内最大的光功率限制为28.54%,这个值包含了纳米线波导与slot波导直接耦合产生的耦合损耗以及slot波导自身的传输损耗.     

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。     

前言北大核心

随着光子技术在光纤通信、微波光子学、激光雷达、量子信息处理等领域的广泛应用,光子和光电子集成的重要性日益突显,成为解决相关应用面临的体积、功耗和成本瓶颈的关键。实际上,早在20世纪60年代就提出了集成光学的概念。受到集成电路(IC)技术的启发,提出了光子集成回路(PIC)和光电集成电路(OEIC)的概念,期望通过集成技术来增强光电子器件的性能,减小体积和功耗,并提高可靠性。然而,相比于集成电路芯片的迅猛发展,光子和光电子集成由于面临材料和工艺等一系列挑战,直到近十余年才实现突破。目前,大规模光子集成技术正在逐渐走向实用化。     

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。