平面波导微型光谱仪系统芯片中Taper耦合结构的研究

设计了一种专用于平面波导微型光谱仪的Taper耦合器。推导了基于三维有限差分光束传播法的标量方程,并利用光束传播法和透明边界条件对耦合器的耦合效率进行了模拟计算和分析。结果表明,Taper耦合器结构稳定,耦合效率高,可满足微型光谱仪的应用要求。

太赫兹波段的taper型多模干涉耦合器

随着通信技术的飞速发展,传统微电子行业出现瓶颈,人们更多地寄希望于集成光路来实现新的突破。硅基光子学因其自身材料以及制造工艺等方面的优点而备受关注。其中,硅基耦合器作为重要的硅基无源器件,是实现光的片上合束和分束的关键。多模干涉(multimode interference,MMI)耦合器具有损耗低,工艺容差性大且带宽较大等优点,是一种常用的集成光学器件。从MMI耦合器的自映像成像原理出发,利用导模传输分析法(guidemode propagation analysis,G-MPA)对MMI中的模场分布情况进行分析,成功设计出基于470μm高阻硅晶圆的太赫兹波段的taper型多模干涉耦合器。通过时域有限差分法(finite difference time domain method,FDTD)仿真优化其参数,实现了93.8%的耦合效率。

High-frequency fused high-voltage arc tapering process power supply for of fiber

The performance of the optical fiber coupler prepared with fused biconical taper method is determined by the quality of fused stretching. Besides, the stable high-temperature heat source is the essential guarantee for fused stretching process to go smoothly. The way of using AC （alternating current） arc as the heat source is proposed in this article. In addition, the paper also introduces high-frequency high-voltage power supply with the characteristics of constant current and restricted voltage, which is composed of preceding voltage regulation part and following inverter.

薄膜铌酸锂反向锥形端面耦合器

薄膜铌酸锂波导与单模光纤在模场尺寸上存在很大差异,模场失配严重,导致两者直接耦合的效率低下。针对薄膜铌酸锂波导与超高数值孔径(ultra-high numerical aperture, UHNA)光纤的端面耦合问题,基于时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)法优化设计了反向锥形端面耦合器的结构参数,仿真实现了薄膜铌酸锂矩形波导与UHNA光纤的高效耦合。利用电子束曝光、电感耦合等离子体刻蚀等工艺,制备了反向锥形耦合器,设计并建立了端面耦合测试平台,完成了反向锥形耦合器的性能测试。实验结果表明,反向锥形耦合器近场输出光斑在水平和垂直方向的模场直径分别为3.3和3.6μm,水平和垂直方向的3 dB对准容差分别为3.0和3.2μm,单端插入损耗为6.24 dB/面,表明设计制作的反向锥形耦合器具有较好的耦合性能。该研究为大容量、高速率的集成光子器件与光纤之间的耦合提供了高耦合效率的光接口方案。

基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导

提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1520~1600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE_0、TE_1、TE_2、TE_(3)和TE_(4)时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 dB。

零偏压下近红外集成单波长波导光探测器

提出了一种基于InGaAsP材料的零偏压单片集成波导光探测器。该器件单片集成了光子晶体(Photonic Crystals,PC)滤波器、锥形耦合器、零偏压波导光探测器(Wave-Guide Photodetector,WGPD)以及直波导,形成了一个平面微纳光信号接收子系统。集成的波导光探测器吸收峰值波长位于1.55μm处,光谱线宽仅1.6 nm。设计的波导光探测器在无外加偏压时具有良好性能,经优化,当其面积为4μm×15μm时其3 dB带宽达78 GHz@0 V,响应度为0.78 A/W。整个器件基于组分可调的InGaAsP材料,实现多功能器件的单片集成,具有高性能、小体积、低功耗、窄线宽等特性。

熔锥型光纤耦合器的扭转响应

对熔锥型光纤耦合器进行了扭转响应研究 通过放置在耦合器一端的旋转装置对未封装的熔锥型光纤耦合器耦合区施加扭转作用 实验表明 :耦合器的耦合比不但对扭转作用敏感 ,而且变化呈单调性 ;同时耦合器的附加损耗和工作波长不受扭转作用影响 ,并且这种扭转操作具有可重复性 通过扭转操作能够对生产出来偏离预定耦合比的耦合器进行调整 ,使之符合产品要求 。

基于光纤耦合器的声发射传感器

为检测变压器内局部放电产生的声发射信号,介绍了一种基于特殊光纤熔融拉锥耦合器型声发射传感器。它是利用声波引起的扰动改变耦合器两臂光功率输出的特点来检测声发射信号。实验结果表明:此种传感器在10 kHz^250 kHz范围内对声发射信号有良好响应,在155 kHz灵敏度为5.6×10-6V/Pa,噪声为1.8 Pa声压,有望在复合材料与结构、电力无损检测方面得到应用。

光纤陀螺用小尺寸高温度稳定性保偏光纤耦合器的研制

在熔融拉锥法制备保偏光纤耦合器工艺基础上,对小尺寸、高温度稳定性保偏光纤耦合器的研制工艺进行了研究.采用小火焰设计有效缩短了耦合器的封装尺寸,保偏光纤耦合器几何尺寸达到Φ3mm×30mm.通过不同封装工艺的实验,实现了具有高温度稳定特性的保偏光纤耦合器,器件在全温变化范围(-40℃～60℃)内分光比变化量小于2%,串音变化量小于3dB.

2×2熔锥型单模光纤耦合器的模型

选择适当的连续函数描述了熔锥型耦合器熔锥形状的渐变特性及其相互位置关系 ,然后分别应用局部模式理论和变分法分析了横截面沿纵向变化的锥形区域和横截面近似不变的耦合区域内的耦合行为 ,得出了耦合器中任一横截面处的耦合系数和耦合功率表达式 计算表明 ,熔锥型耦合器的总功率耦合主要发生在耦合区域 ,在两锥形区域 ,对于纤芯归一化频率小于 1 .0 8的部分 ,也发生了相当程度的耦合 为了使耦合器的理论模型更接近于实际物理情况 ,锥形区域的耦合作用也是不容忽略的 。

熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。

波长响应特性平坦的熔锥型光纤耦合器研究

本文对熔锥型非对称耦合器进行了理论分析，理论分析表明，这种耦合器具有波长响应平坦的特性，且这个结果能与实验较好地符合。

光纤耦合器结构的红外光谱研究

为获得性能优良的熔锥型光纤耦合器,利用740FT-IR显微红外光谱仪,研究了不同制作工艺条件下耦合器中石英玻璃结构的差异。测定了在不同拉伸速度时制作的光纤耦合器,石英玻璃在650～2000cm-1波数范围内的红外吸收光谱,观察到了石英光纤玻璃的两个特征峰,由Si-O-Si反对称伸缩振动引起的特征峰940～950cm-1和由Si-O-Si对称伸缩振动引起的特征峰770～780cm-1。由于工艺条件的不同,特征峰的强度和位置都发生了变化,并测量了其变化的大小。拉制速度越快,石英玻璃中Si-O-Si键的不对称伸缩振动越强,且波数的移动与光纤耦合器的性能密切相关。

耦合器分光比的精确控制

利用矩形近似理论对用熔锥法制作的耦合器分光比进行了分析。结果表明,影响分光比的主要因素为耦合区长度。给出了两者间变化的理论公式,并在实验中得到了证实。CorningSMF28光纤耦合器分光比随耦合区长度变化的实验值为0 04%/μm,实验值与理论值基本一致。通过调节耦合区长度,得到了精确的50∶50分光比的光纤耦合器。

熔锥型光纤耦合器损耗分析

利用几何光学理论对光纤耦合器的损耗进行分析 ;当环境介质折射率发生变化时光纤耦合器的损耗随之变化 ,理论推导损耗与环境介质折射率的关系公式 ,实验中利用OTDR检测反射光实现环境介质折射率变化的监测 ,利用拉锥机监视损耗的变化 ,得到的实验值与公式计算值基本吻合 。

工艺参数对光纤耦合器性能影响的实验研究

以六轴光纤耦合机为实验平台,利用电子表面扫描显微镜观察了光纤耦合器的微观结构形貌,研究了熔融拉锥光纤耦合器的工艺参数、性能以及微观结构三者之间的相关规律。

熔锥型光纤耦合器的光学性能

利用可调谐光源和光谱分析仪建立的光无源器件测试系统,测试了熔锥型光纤耦合器的附加损耗、插入损耗、方向性和均匀性等光学性能,研究了光学特性与拉锥速度的相关规律。实验发现:器件的光学性能与制作工艺密切相关,如存在一个拉锥速度区间(这里为150μm/s附近的区间),使得光纤耦合器的损耗小、方向性好,离开此区间,器件的性能迅速下降。

熔锥型光纤耦合器的工艺与显微形貌研究

以六轴光纤耦合机为实验平台,研究了熔融拉锥光纤耦合器的工艺、性能、显微形貌三者之间的相关规律。利用热电偶和电位差计测得了熔融拉锥时火焰的温度场分布,利用扫描电子显微镜观察了光纤耦合器的显微形貌。经大量观测实验研究发现:在光纤耦合器的锥形区域,存在皲裂,并且拉伸速度越快,皲裂越明显;在光纤耦合器的耦合区域,光纤表面存在微小晶粒,而内部没有发现微晶,即光纤耦合器玻璃表面发生了析晶现象,且拉伸速度越慢,晶粒越大。

宽频带熔锥型耦合器的研究

报道了宽频带单模光纤定向耦合器的制作与理论，作者设法让两光纤在熔锥区的特性不同，形成非对称臂的两段式准双锥体波导，并分别用变分理论和传统的耦合波理论分析腰部区域和梯度区域的耦合行为。耦合器的耦合功率应是这两区域耦合功率的叠加．用这种方法研制的非对称臂耦合器，其光功率在两光纤间不能实现完全转换，若两光纤在熔锥区的特性差异恰当，可使某功率分束比（如３ｄＢ）的转换点处在该分束比随波长变化的极值点，在该点附近的一定范围内，功率随波长变化很不灵敏，从而得到波长响应平坦的宽带耦合器。

不同分束比熔锥型光纤宽带耦合器特性研究

在弱导和弱耦合近似下,对熔锥型非对称耦合器进行了理论计算与分析,理论分析表明:这种非对称耦合器具有波长响应平坦的特性,而且非对称程度的大小直接影响耦合器输出功率的分配(即分束比);通过在拉锥过程中控制组合波导的不同直径比,可以得到不同分束比的宽带耦合器。对分束比为50％的耦合器进行了性能测试,实验结果与理论分析相吻合。