槽型相移布拉格光栅微环谐振器及其传感特性

为实现高灵敏度及高品质因数的折射率传感特性,设计了一种基于槽型相移布拉格光栅的微环谐振器结构。该结构由槽型直波导内嵌相移布拉格光栅耦合单实波导微环构成。结构中离散态光模式与连续态光模式相互干涉产生了Fano共振。利用传输矩阵法量化谐振器中各部分的光场分布,分析系统的传输原理。采用时域有限差分法对提出的器件结构进行仿真模拟,并对结构物理参数进行优化。模拟结果表明该结构的品质因数达到25729,比传统微环谐振器提高了3倍以上,消光比为18.65 dB,高出传统微环谐振器6.46 dB,折射率灵敏度达到122 nm/RIU,且该谐振器结构简单。所提出的结构在传感应用中具有一定的优势。

耦合区数量对鼎形微环谐振器输出的影响

为了探究鼎形微环谐振器的耦合区数量对输出的影响,建立了鼎形微环谐振器的物理模型。利用传输矩阵法对鼎形微环谐振器的物理模型进行研究。分析了不同耦合区数量对鼎形微环谐振器输出的影响。实验结果表明,随着耦合区数量的增加,在1.54~1.56μm工作波长范围内谐振峰的数量增加,半高全宽FWHM越小,品质因子Q则越大,器件的储能性能越好,并且还能实现对特定波长的滤波作用。耦合区数量对鼎形微环谐振器性能有着很大影响,在设计时根据实际需要选择耦合区数量。

SOI微环谐振器基本单元滤波特性分析

该文利用耦合模理论和传输矩阵法,对SOI基光计算中的基本单元——单微环谐振器的传递函数做推导计算,得到传递函数表达式,并给出微环谐振器传递函数推导的一般方法。通过仿真,分析振幅衰减系数α和耦合因子k对微环谐振器基本单元滤波特性的影响。从滤波特性的角度,简单介绍SOI基微环谐振器在光通信、光计算及生物传感器领域的代表性研究方向。

基于圆孔光栅辅助微环谐振器的折射率传感研究

为了提高微环折射率传感器的灵敏度和品质因子,本文提出一种基于圆孔光栅辅助的微环谐振器。在该结构中由于同一种状态的光模式在不同的光路中产生模式劈裂而形成Fano共振现象,Fano共振的非对称线型光谱结构能够获得更高的消光比和品质因子,可以使该器件在进行折射率传感时对外界环境变化有非常好的响应。采用有限元法对结构进行设计和模拟仿真。仿真结果显示,所提结构的品质因子达到58,300,比传统微环谐振器提高7倍以上。

基于微环谐振器的超紧凑微波光子滤波器的设计

设计了一个基于硅基微环的超紧凑的微波光子滤波器,用以提高硅基微波光子器件的集成密度及增大其自由光谱范围。根据波导光学的耦合模理论,推导出双环并联谐振器的光强传递函数,并通过仿真得到了微波光子滤波器的输出特性。结果表明:当微环半径为0.79μm时,谐振器中直波导宽度为0.3μm,环形波导宽度为0.25μm,滤波器的自由光谱范围为140 nm,插入损耗为0.5 dB,半峰全宽为7 nm,此滤波器的性能完全满足粗波分复用系统的要求。

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法（FEM）分析了大横截面SOI（Silicon-on-insulator）脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明：对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d〈0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d〉0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。

三环型波导微环谐振器无热化生物传感器

针对温度波动对生物传感器探测性能的影响,本文提出了一种三环型波导微环谐振器无热化生物传感器。传感器芯片以3个微环谐振器为一个传感单元,3个微环谐振器并联排列,且分别工作在1 500、1 550和1 580 nm波长,以其中两个为基本探测微环,另外一个作为备用微环。由于3个微环工作波长不同,可通过运算消去温度对探测谱线变化值的影响项,从而实现传感器的无热化探测。相对于传统的无热化方案,本方案制备材料不受限,且无需参考微环,不存在浪费面积,集成度更高。另外备用微环的设计可以防止部分微环工作失常时传感器无法工作情况的发生,提高了系统的稳定性及可靠性。

损耗对串联双微环谐振器滤波特性的影响

对存在光损耗的串联双微环谐振器的滤波特性进行了研究.在理想耦合条件下,当环间耦合系数确定时,分析了光损耗的大小对主谐振峰的透过率、带宽、形状因子,以及伪模峰值透射率的影响,揭示了光损耗对滤波特性影响的规律.分析结果表明:主谐振峰和伪模的透射率随损耗的增大而下降,环与直波导间的耦合系数随损耗的增大而变小,而带宽和形状因子无明显变化;有损耗时环与直波导间的耦合系数不能过大也不能过小.

聚合物波导微环谐振器的无热化设计

从波导微环谐振器的谐振方程出发,推导出了波导微环谐振器的无热化条件和谐振波长温度依赖特性表达式,分析了硅衬底PSQ聚合物波导微环谐振器滤波功能的温度特性。通过选择合适的聚合物衬底来取代传统的硅衬底,可极大地减小聚合物波导微环谐振器的温度敏感性,给出了聚合物衬底选择的方法。研究结果表明,所设计的全聚合物波导微环谐振器,在温度从20～65℃范围内谐振波长漂移量最大值为-0.0085 nm,温度依赖波长漂移率最大值为-0.00090 nm/K,实现了无热化。

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

设计了一个工作频率在太赫兹大气传输第一窗口的硅基波导型微环谐振器。利用传输矩阵法和耦合模理论计算微环谐振器的传输函数,并对波导耦合系数进行分析,获得微环谐振器的临界耦合条件。采用时域有限差分法分析微环谐振器的性能参数,并与串联双环谐振器性能参数相比较。结果表明:单环谐振器的自由谱宽范围为27 GHz,插入损耗为0.3 d B。单环与双环谐振器的响应谱线形状因子分别为0.16和0.52,即串联双环谐振器使谐振谱线顶端更平坦,滚降度增高。

SiGe-OI微环谐振器的滤波特性分析

SiGe-OI微环谐振器是一种新型半导体材料的谐振器。本文根据传输矩阵法得到微环谐振器的传递函数,研究了上下载滤波器和上、下载端口的性能,分析了SiGe-OI微环谐振器的滤波特性,以及耦合特性对滤波特性的影响。通过模拟软件建立SiGe-OI微环谐振器模型,主要对其结构参数、耦合系数、3dB带宽和消光比等参数进行了分析,仿真了波导宽度、耦合间距、波长与耦合系数的关系,以及耦合系数对3dB带宽和消光比的影响。最终给出了耦合系数的范围以及不同耦合系数下的滤波特性,为SiGe-OI微环谐振器的研究提供了理论参考。

微环谐振器中各参数对光速控制输出脉冲畸变的影响仿真分析

利用微环谐振器进行光速控制时,各参数对光脉冲传输的影响是不可忽略的,它除了导致光脉冲展宽,还引起脉冲的畸变。基于微环谐振器的传输特性,推导了单环谐振器的二阶色散和三阶色散表达式,针对无损耗/增益情形,分析了利用微环谐振器进行光速控制时,高阶色散和输入脉冲中心波长对输出脉冲畸变的影响,分析了损耗/增益对单环谐振器输出脉冲畸变的影响。结果表明,二阶色散导致脉冲展宽,三阶色散导致脉冲畸变,输入脉冲中心波长位置影响脉冲分裂谷底的深浅,而损耗和增益影响脉冲畸变情况。为利用微环谐振器实现光速控制的应用提供了设计优化依据。

聚合物多模干涉微环谐振器的设计与分析

聚合物基微环谐振器作为低成本和易制备的集成光子器件受到了广泛的关注。利用多模干涉的自映像理论设计了微环谐振器,在直波导和环之间以2×2多模干涉耦合实现50∶50的分光比。在输入/输出波导和多模干涉耦合区连接部分引入了锥形结构以提高性能。分析了TE/TM波多模干涉区制备容差对附加损耗和均衡度的影响。分析了不同残留层厚度下正脊型波导的弯曲损耗。进一步仿真了半径为200μm微环的光谱响应。仿真结果表明设计极大的提高了微环的性能。

微环谐振器故障模拟装置设计与实现

光片上网络(PNOC)是下一代片上网络的典范,而微环谐振器(MRR)是光片上网络中的关键设备。MRR对温度的波动非常敏感,容易发生故障,如何检测MRR故障是提高PNOC可靠性的关键,而MRR故障模拟器是验证MRR故障检测的关键。该文首先建立MRR的故障模型,给出MRR故障模拟器的设计原理,设计的装置可分为故障模拟器模块、故障处理模块、显示模块及故障设置模块4个部分。该设计实现了MRR故障位置的任意设置、故障模拟器模块的切换以及故障的判断与显示。实验结果证明了设计的故障模拟器的有效性。

微环谐振器传输特性分析

主要研究微环谐振器的基本结构参数对传输特性和微环性能的影响。根据耦合模理论,给出了微环谐振器传输函数的表达式;用传输矩阵法对直波导和弯曲波导之间的耦合进行了分析,研究了耦合系数与微环结构参数之间的关系;利用时域有限差分法对微环谐振器进行数值仿真,得到其频谱响应曲线。通过分析可以得到:波导间距的增大使振幅耦合比率减小;微环半径变小,微环的弯曲损耗就会变大,品质因子变大,自由光谱范围就会变大。相对微环半径,波导厚度对微环的性能参数影响较小。在设计时,应按照实际需求来设计间距和微环半径的大小。

半导体微环谐振器及在光学滤波中的应用

半导体微环谐振器结构紧凑、集成度高、功能丰富,是构建超大规模集成光子回路最有潜力的代表之一.目前,它已广泛用于通信滤波器、延迟线、传感器、微激光器和光存储等方面,并成为集成光电子、光通信和光信息处理领域的研究热点.在研究介绍微环谐振器的工作原理基础上,分析了侧向耦合和垂直耦合微环谐振器的优缺点,总结了半导体微环谐振器在无源、有源和可调谐滤波器方面的应用和最新进展.

一种基于金刚石多层波导结构微环谐振器的仿真分析

提出了一种以金刚石新型材料为芯层的单微环谐振器模型.谐振器的纵切面采用五层脊形波导结构,中间一层设定为金刚石,上下两侧分别是SiO_2和As_2S_3,即As_2S_3-SiO_2-金刚石-SiO_2-As_2S_3.设置操作波长为1550 nm,依据耦合膜理论和微环谐振理论,利用Comsol软件仿真模拟了单直波导纵切面、直波导和环形波导耦合区的纵切面以及微环在谐振波长为1543 nm时的场强分布,及直波导和环形波导耦合区间距改变时微环的场强分布和传输特性.在此基础上,依据传输矩阵法讨论了微环的品质因数、耦合系数变化对输出光谱的影响,并对微环损耗进行了讨论.结果表明:以金刚石为芯层的微环谐振器具有良好的光学特性,本结构在谐振波长为1543 nm时谐振峰值达到了-12 dB以上,品质因数达到了1.54×10~5,在耦合系数为0.01时,自由光谱范围约为40 nm.

基于光子晶体结构的微环谐振器的传输特性分析

本文针对基于硅基光子晶体结构的双信道单环谐振器的传输特性进行了系统的模拟研究工作,分析中应用了有限时域有限差分法(FDTD)设计进行微环谐振器的建模和传输特性的分析。建立一种基于三角光子晶体结构的微环谐振器模型,并通过改变结构参数,构建不同的微环谐振器模型结构。同时,利用matlab软件对不同模型结构的微环谐振器仿真结果进行处理分析。其满足谐振条件的光波通过谐振器时,能够进行耦合,仿真得到的谐振器输出端的传输效率达到0.96,与理论分析结果基本相似。本文对理解基于光子晶体结构的微环谐振器的工作机制、传输特性分析以及自主设计有所帮助,并为其实际应用提供了理论分析基础。

新型微环谐振器中慢光效应仿真研究

在传统的耦合微环并联结构中,通过改变相干距离来实现慢光效应的调谐,但无法进行动态调谐。提出了改进型的五环并联结构,在包层中嵌入加热器,利用热光调谐相邻环之间的相移器,实现连续调节任意通道的慢光效应。利用传输矩阵理论建立五环并联结构的直通端函数模型,Matlab仿真得到慢光效应的输出频谱。结果表明:改变相应微环之间的附加相移,可以得到具有可调谐滤波特性的耦合谐振腔诱导透明(CRIT)效应频谱和慢光效应频谱。上述方法具有光延迟通道可切换、可动态调谐的特性,增强了光学器件的灵活性。

新型微环谐振器双环模型的滤波特性分析

设计了一种新型微环谐振器,其基本结构由圆角正方形波导与条形波导组成。根据波导光学的耦合模理论,推导出双环串联和双环并联的圆角正方形微环谐振器的光强传递函数,并通过数值模拟分别获得这两种模型的谐振器的输出特性。结果表明:与传统的圆环形谐振器相比,圆角正方形结构微环谐振器的输出光谱的通带宽、谐振峰平坦、自由光谱区范围大,更接近理想的"箱型"波谱,而且圆角正方形结构相比于圆环形结构,其可变参数增多,更有利于器件的优化设计。