高侧壁垂直度超浅铌酸锂光栅耦合器的加工工艺及耦合效率

利用聚焦离子束(FIB)在铌酸锂(LN)表面形成100 nm及以下深度的超浅光栅耦合器结构。为了提高刻蚀侧壁垂直度、避免开口展宽效应对光栅形貌的影响,在LN表面覆盖非晶硅(α-Si)作为掩膜层,实际刻蚀深度为α-Si层厚度和LN表面目标刻蚀深度之和,且刻蚀过程中产生的开口效应仅存在于α-Si层。通过氢氧化钾(KOH)溶液选择性地去除α-Si层,留下的LN表面结构侧壁陡直且无开口展宽效应。制备了刻蚀深度108 nm的超浅光栅耦合器,在924 nm波长处,其耦合效率为23.3%。制备了刻蚀深度70 nm的超浅光栅耦合器,在935 nm波长处,其耦合效率为14.4%。该研究为LN光栅耦合器的发展与应用提供了有益指导。

基于光栅耦合技术的光子芯片传感测试系统

随着光子芯片技术的快速发展,先进的光电芯片测试系统受到越来越多的研究关注。然而,现有光子芯片测试系统主要针对通信芯片的需求开发,缺少对环境参量的控制功能,难以满足传感芯片的研发需求。本文报道了一种基于光栅耦合技术的光子芯片传感测试系统,可以实现光栅自动耦合、环境控制与感知、数据处理与交互等功能,并利用此系统完成了基于微环谐振腔光学芯片的气体浓度传感与温度传感实验。结果表明,在常温常压条件下,此系统可以对浓度为20%~80%之间的CO_(2)气体进行检测,灵敏度可以达到0.152 GHz/%(2.113 pm/%),同时可以对30℃~35℃之间的环境温度进行检测,灵敏度为4.996 GHz/℃(74.891 pm/℃)。本工作为光学传感芯片的研发提供了快速高效的技术手段。

基于改进PSO算法设计的TFLN平台偏振不敏感光栅耦合器

针对光栅耦合器存在偏振依赖性问题,在薄膜铌酸锂(TFLN)平台上相继设计了标准型和改进型偏振不敏感光栅耦合器。在设计过程中,首先对粒子群(PSO)算法进行了改进,然后利用改进后的PSO算法对光栅参数进行了优化,包括光栅周期、占空比、刻蚀深度以及入射角等关键参数。最后,设计了偏振不敏感啁啾光栅耦合器,并通过线性啁啾调节有效折射率,从而显著提升了耦合效率和偏振不敏感带宽。仿真结果表明:在波长为1 544 nm时耦合效率最高,偏振不敏感啁啾光栅耦合器的横电(TE)、横磁(TM)模式耦合损耗分别为-4.88、-5.05 dB;在1 500~1 580 nm波长内偏振相关损耗(PDL)小于0.5 dB,偏振不敏感带宽为45 nm。

近红外铌酸锂光栅耦合器耦合效率优化研究

提出了一种基于铌酸锂导模结构的高效光栅耦合器设计方案及其优化的光学激发配置.利用有限时域差分算法对光栅耦合器的耦合效果进行了数值分析;主要研究了光栅周期、光栅占空比、二氧化硅隔离层厚度,以及入射光的偏振和角度对光栅耦合效率的影响;对在共振波长和非共振波长处空间光传播电场图像进行了模拟.理论仿真结果显示,在光栅周期为650 nm、光栅占空比为0.3、刻蚀深度为130 nm时,利用横磁(transverse magnetic,TM)偏振光沿光栅法线夹角17°方向入射,可获得优化的光栅耦合效率~38%,从而有效地将空间光耦合进入铌酸锂亚波长波导薄膜中,这对铌酸锂微纳光栅耦合器的设计和性能应用有借鉴和参考价值.

基于SOI的类梅花型二维光栅耦合器

为设计出高效率且低偏振耦合相关损耗的二维光栅耦合器(2D-GC),提出一种基于绝缘体上硅(SOI)的类梅花型2D-GC。该2D-GC由多个单元周期排列而成,每个单元的图案呈类梅花型,该结构中的晶胞由2对圆形图案构成,并采用时域有限差分(FDTD)法对2D-GC结构参数进行数值仿真优化。仿真结果表明:在最佳优化参数结构时,所提2D-GC的有效工作波段为1.525~1.6μm,最佳耦合效率为56%,对应的耦合损耗为-2.4 dB,偏振相关损耗为0.18 dB。

硅基垂直光栅耦合器的研究进展

对国内外硅基垂直光栅耦合器的研究进展进行了总结,讨论了均匀光栅耦合器和非均匀光栅耦合器的研究现状,并对相关耦合器的性能参数做了对比和分析,为未来继续研发更高耦合效率、更大耦合带宽的垂直光栅耦合器提供思路与参考。

应用于C波段的二维光栅耦合器的设计与优化

针对二维光栅耦合器存在耦合效率低、偏振相关损耗大、结构复杂等问题,提出了一种应用于C波段的基于绝缘体上硅(SOI)材料的新型二维光栅耦合器,该耦合器由具有45°倾角的四孔交错菱形刻蚀晶胞单位周期排列组成,采用倾斜耦合方式对耦合器的周期、刻蚀深度、刻蚀圆孔的相对位置、刻蚀圆孔半径进行优化,并对其进行仿真验证。仿真结果表明:该耦合器在1540 nm处耦合损耗低至-2.4 dB,C波段的偏振相关损耗低于0.2 dB,1、3 dB工作带宽分别是36、58 nm。

用于波分复用的双层氮化硅垂直光栅耦合器的仿真分析

面向波分复用技术提出了一种双层Si_(3)N_(4)垂直光栅耦合器结构。基于时域有限差分(FDTD)方法对该结构模型(2D)进行了仿真及优化,重点研究了双层Si_(3)N_(4)的宽度、厚度、位置关系以及双层Si_(3)N_(4)结构距离光栅的高度对耦合效率的影响。结果表明,对于1550 nm波长的TE偏振入射光垂直入射,当光栅周期为579 nm,占空比为67.5%,加入厚度为60 nm的金属Al反射镜及双层Si_(3)N_(4)结构后,光栅耦合效率超过了94%。与未添加金属反射镜和双层Si_(3)N_(4)的垂直耦合光栅相比,耦合效率提高了约46%。

量子阱红外探测器光栅耦合参数的优化

基于傅里叶光学的知识,分别对量子阱红外探测器的一维和二维光栅耦合模式进行了研究,得到器件的相对吸收率随波长和光栅周期之比的变化曲线,把此曲线作为优化光栅常数的依据。对于给定峰值波长的探测器,在波长与一维光栅周期之比为1时,吸收率最大;波长与二维光栅周期之比为0.7时,吸收效率最高,结果与已发表的数据相符。此外,还对刻蚀误差的影响进行了讨论,当实际刻蚀的光栅常数与优化的有偏差时,耦合效率降低。

高效垂直耦合的光栅耦合器设计

利用反射式光栅和分布布喇格反射镜的反射特性,分别从光栅耦合器的侧面和底部对光进行高反射,通过合理选取反射光栅和耦合光栅的间距使两组光栅的反射光实现相消干涉来减弱耦合光栅在实现垂直耦合时存在的负二阶反射,从而设计出高效率垂直耦合的光栅耦合器.采用本征模展开方法,模拟计算了垂直耦合光栅耦合器的耦合效率随不同结构参量而变化的相关特性,在绝缘体硅平面波导和单模光纤之间对波长1 550nm的光获得了最高89%的耦合效率.所得结果对实际垂直耦合光栅耦合器的制备具有一定参考价值.

光栅耦合的可集成表面等离子体激射装置

为了能够更有效地调节和产生表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)的激射,设计了一种光栅耦合的可集成SPPs激射装置,利用电子束激发和光栅耦合方式实现了SPPs在无源金属层中的传播和激射。分析了该装置SPPs传播的波矢特性,通过某一条件下激射条件和光照波长的分析得出了结构的一般特性。结果表明:基于光栅耦合结构的装置产生的SPPs激射具有显著的强局域特性,通过控制注入电子束强度可有效调节SPPs的激射,该装置可在光照波长710nm左右的可见光范围实现有效的SPPs传播。该装置的研制对于构建等离子体单元电路,探测纳米线结构和纳米级飞秒光学场极有意义。

二芯非线性光栅耦合器的开关特性研究

光纤光栅耦合器既有光栅的反射滤波特性,又有耦合器的多端口特性,是一种重要的光学器件。在龙格-库塔算法的基础上,研究了一种新的算法来计算光纤光栅耦合器的非线性耦合模方程。研究表明,随着输入功率的增大,折射率发生非线性变化,布拉格反射域发生偏移,从而使原本在光栅带隙内的脉冲通过光栅。另外在该算法的基础上,对光纤光栅耦合器的开关特性及不同输入功率下的输出响应进行了分析。

可见光波段光纤光栅耦合器研究

研究了采用INO-008包层模抑制光纤制作的可见光波段光纤光栅耦合器,利用光纤光栅的反射特性和光纤耦合器的耦合特性,通过优化设计光纤光栅和光纤耦合器的相关参数,实现了特定波长的反向输出。通过改变光纤光栅的周期,耦合输出波长可以灵活改变。实验结果证明了其可行性。

面发射分布反馈半导体激光器及光栅耦合半导体激光器

阐述了以曲线光栅面发射分布反馈半导体激光器(SEDFB)为代表的SE-DFB器件的原理和结构,讨论了它们的性能和特点并与其他类型的半导体激光器进行了比较。指出依靠曲线光栅特殊的衍射特性,可实现对模式的控制和二维漏模耦合阵列化出光,得到窄线宽(典型值0.08nm)、小发散角(典型值0.5mrad)、高亮度(单管近衍射极限3W(CW))和大功率(单管最高73W,列阵为kW级)的激光。综述了SE-DFB的发展历程、现状及未来的发展趋势,强调由于曲线光栅耦合SE-DFB激光器兼具边发射和面发射器件的优势和诸多其他优秀性能,将其应用于不同材料体系,不同结构的半导体激光器及其阵列,制作不同波段的高功率、高光束质量的SEDFB器件会有很好的研究意义和应用前景。

聚合物PMMA/DR1啁啾光栅耦合器的研究

从理论上分析出在一定条件下啁啾光栅输出耦合器具有较好的聚焦衍射光束的作用 .实验上采用光漂白方法 ,利用两束激光在PMMA/DR1平面波导上所形成的干涉条纹来制备啁啾光栅 ,研究了这种啁啾光栅耦合器衍射光的聚焦效应 ,观测结果与理论分析基本相符 .

用光漂白法制备聚合物薄膜光栅耦合器

从理论和实验上研究了用光漂白的方法实现PMMA/DR1聚合物周期性波导 ,并制备了光栅耦合器。由辐射模的辐射角的变化求出了由光漂白引起的波导有效折射率的变化 ,并确定了所制备的周期性波导几个辐射模式的出射角。

高效率低向上反射的氮化硅光栅耦合器

氮化硅材料相比硅材料具有插入损耗低、热稳定性好、制作容差大及相对误差容忍度高的优点,引起了人们广泛的关注和极大的研究兴趣.光栅耦合器作为光芯片与片外光源的接口,以其优良的光耦合性能、放置位置灵活和便于晶圆级在线测试等诸多优点,在很多应用领域已经占据了越来越重要的位置.本文设计了一种基于氮化硅材料的垂直耦合的光栅耦合器,采用变迹光栅结构,实现了对入射光的垂直耦合.在1 550nm波长处,在带有衬底金属反射镜的情况下单向传输的耦合效率达到了79.5%,不引入金属反射镜的器件仍然能达到57.8%的耦合效率值,能很好地实现单向垂直光耦合的性能.对比同类型的硅材料的光栅耦合器,本设计在垂直输入耦合时向上反射的光损耗极低仅为0.29%,大大减弱了器件的负二阶上反射对光纤中入射光引起的串扰.这个设计对氮化硅光栅耦合器的实际制作有一定的参考价值.

任意层介质光栅耦合器耦合特性微扰法分析

本文基于微扰理论，给出了研究多层介质光栅耦合特性的近似方法，并用此法对具有矩形与三角形剖面的平面介质光栅的耦合参数随光栅厚度tg的变化作了计算．结果表明，在实用范围内．与用严格方法得到的结果吻合良好．

光纤光栅耦合器在光通信中的应用

光纤光栅耦合器综合了光纤光栅良好的波长选择和光纤耦合器多端口特性的特点,是一种低插入损耗、应用简便的全光纤器件。介绍了光纤光栅的基本结构和功能,重点分析了它在插分复用、全光交换、改善EDFA的信噪比和监测EDFA增益等方面的应用。

嵌入式光栅耦合器的宽带特性

本文指出了适当选择嵌入式光栅耦合器的参数后 ,其工作频率范围将被有效地展宽 ,带宽比Griffel等设计的要大约一个数量级 。