全刻蚀型布拉格波导光栅滤波性能研究

提出了一种基于绝缘层上硅波导的全刻蚀布拉格光栅滤波器。该器件可通过对顶部硅的一步刻蚀来实现,其特性使布拉格波长的调谐更加灵敏和有效。仿真研究结果表明,其一阶和三阶光栅的周期对波长调谐系数分别为33 nm/nm和11 nm/nm,光栅刻槽折射率对波长的调谐系数为1 nm/0.006。将光栅脊与刻槽的小折射率差与高阶光栅相结合,可以实现1550 nm波段更窄带宽的全刻蚀光栅滤波器。

基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调技术综述

基于阵列波导光栅的光子集成解调技术是硅光领域的研究热点和难点.相比传统解调方法,基于阵列波导光栅的光子集成解调技术因其解调精度高、解调速度快、封装体积小等优势,在光纤布拉格光栅的高速、高精度解调上具有明显优势.近年来,随着光子集成技术的发展,各科研院所和相关机构对阵列波导光栅的光子集成解调法进行了广泛深入的研究与优化.本文通过介绍阵列波导光栅工作原理及基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅波长解调原理,结合基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调仪在材料体系和系统性能两个方面的重要进展,归纳了基于阵列波导光栅的解调仪的典型应用场景,从新材料、系统集成和规模化三方面对光纤布拉格光栅解调系统的未来发展提出针对性建议,为基于阵列波导光栅的光子集成解调技术的研究发展提供参考.

紫外固化型聚合物高阶布拉格波导光栅滤波器

利用紫外固化材料SU-8 2005与热交联聚合物甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯[P(MMA-GMA)]分别作为波导芯层和包层材料,通过直接光刻技术,成功实现了厚度为5μm,宽度为9μm,光栅高度为4μm的起伏型高阶布拉格波导光栅滤波器。对光栅器件的谐振波长,光透射率等重要参数进行了模拟设计。测得制备的聚合物高阶布拉格波导光栅滤波器的谐振波长为1 550.4 nm,消光比为23 dB,3-dB带宽为2 nm。

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅。采用顶层Si厚为2μm的SOI基片，通过半导体芯片制备中的光刻工艺，在脊高为935nm，波导宽度为2肛m的脊形波导上，分别制作了刻蚀深度为565nm和935nm的起伏型高阶布拉格光栅，测试表明，在1540～1640nm波长范围内，得到了大于10dB的消光比，实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果。理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数，以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗。

Ge_(0.05)Si_(0.95)/Si异质结单模共面布拉格反射波导光栅的设计与分析

GeSi/Si异质结布拉格反射光栅是硅基光电集成领域一种重要的集成光学器件,分析GeSi/Si异质结的传光特性和布拉格条件,通过求解布拉格光栅方程,得出耦合系数和耦合效率。利用上述原理设计出入射角为66°,波导层的厚度为2μm,光栅长度为4 252μm,槽深为0.05μm,光栅周期为0.456μm,滤波带宽为0.214 nm,耦合效率为84.1%的1.3μm Ge0.05Si0.95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅,并用数值模拟了入射光波电场和反射光波电场的分布。

热光可调聚合物波导布拉格光栅的设计与优化

对提高基于聚合物材料的WBG(波导布拉格光栅)的热光调制效率的方法进行了研究。根据聚合物材料的光学特性设计了三阶的WBG,仿真分析了WBG结构参数对光栅传输特性的影响;为提高热光调制效率,采用了内嵌式电极结构与在WBG两侧构建AT(空气沟槽)相结合的方案。模拟结果表明,与一般热光型调制结构相比,该方案的波长调谐灵敏度提升了1.87倍,实现了大范围的波长可调。所设计的热光可调WBG具有受热性强、热均匀性高及热串扰低等优点。

基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器的研究

理论分析了光纤布拉格光栅的压力传感特性,给出了光纤布拉格光栅的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将光纤布拉格光栅纵向粘贴在白行设计型号为ZXYC01的平面膜片上进行了压力实验。实验结果表明光纤布拉格光栅压力灵敏度系数46 pm／MPa左右,其测量精度为0．5％F．S,而理论的压力灵敏度系数为51 pm／MPa左右,实验值和理论值基本相符,它们分别是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度系数的23和26倍。同时发现光纤布拉格光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小。

基于Y型分支与布拉格光栅结构的集成光芯片研究

采用Y型分支与深刻蚀布拉格波导光栅相集成的方案,制备了带有通道监控功能的1×8光分路器集成芯片。耦合封装后的集成光芯片同时实现了稳定的通道光信号传输与监控功能。集成光芯片8通道反射谱中心波长范围为1 597 nm~1 639 nm,间隔为6 nm,3 dB带宽最大为0.67 nm,通道反射率最低为88.24%。1 550 nm波长下测试8通道的平均插损为11.92 dB,输出均匀性为0.19 dB。本文设计并制备的集成光芯片结构简单、集成化高,可以应用于光纤到户建设及其他光网络传输中,实现网络链路状态的实时监控。

V-I传输矩阵方法在布拉格光纤光栅分析中的运用

介绍了V-I传输矩阵方法用于布拉格光纤光栅的理论分析,该方法通过参量变换将相邻薄层间的界面矩阵退化为单位矩阵,从而大大提高了计算效率。从传输矩阵出发,数学上推导出耦合模方程,证明了该方法的正确性,有助于加深对V-I传输矩阵方法物理机制的理解。数值模拟分析发现V-I传输矩阵方法具有计算快速、简单明了的优点。最后还指出V-I传输矩阵方法仅适用于短周期光纤光栅,若要运用于长周期光纤光栅,需要进一步理论修正。

基于法布里-珀罗干涉仪和光纤布拉格光栅的双参量光纤传感器

提出了一种结构紧凑的基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)和光纤布拉格光栅(FBG)的双参量光纤传感器,实现了对应变和温度的同时测量。将一段端面被腐蚀过的多模光纤(MMF)与一小段光敏光纤(PSF)熔接形成FPI。PSF的平整端面作为FPI的一个反射面,FBG被刻写在PSF中.实验测得FPI和FBG对应变的灵敏度分别为8.63 pm/με和1.11 pm/με,对温度的灵敏度分别为-1.60 pm/℃和9.75 pm/℃。由于FBG和FPI对应变和温度分别有不同的灵敏度,组合起来可以实现对双参量的同时测量。实验结果表明传感器同时进行应变和温度测量时的最大误差分别为6.72με和0.98℃。

PDMS基光子器件的耦合光栅与波导研究

基于柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异特性,面向紫外和可见光波段进行光子器件基础研究和设计。通过单模波导以消除模间传输损耗,基于布拉格条件的数值解析和有限元仿真优化设计耦合光栅结构,实现了光栅刻蚀比为0.9、周期为570 nm的峰值损耗为6 dB的单模波导集成型耦合光栅。结果表明,基于PDMS的芯片光子结构可以实现低损耗波导传输和高效波导光子获取。该工作为PDMS基柔性芯片光子集成器件奠定了理论和设计基础。

阵列波导光栅和光纤光栅在全光缓存器中应用的研究

全光缓存器是全光交换网的关键部件,正成为当前的研究热点。介绍了全光缓存器的研究进展,阐述了各种方案的原理。提出了一种基于阵列波导光栅和光纤光栅的全光缓存器方案,具有低成本、器件集成化等优点。

非均匀间隙的混合表面等离子体波导光栅

为进一步改进混合表面等离子体波导的性能,设计了一种具有非均匀间隙的混合表面等离子体波导结构,该新型混合表面等离子体波导同时具有介质波导低损耗和表面等离子体波导对场强约束的特性。在该混合波导的基础上,设计了均匀布拉格光栅和相移布拉格光栅。研究结果表明,基于混合表面等离子体波导的均匀光栅,能够实现对模场的强束缚,可用于宽带滤波,可实现中心波长1 550nm处60%的反射率;基于混合表面等离子体波导的相移光栅可用于透射式窄带滤波,光栅周期数越大,透射峰越窄。

以波导光栅耦合器为案例的教学探讨

光栅衍射是大学物理光学部分的重要教学内容,光栅波导耦合器是光电类本科生在后续专业课中将要学习的重要光电子器件。本文以波导光栅耦合器为案例,分析了该器件的工作原理与光栅衍射原理的内在联系,讨论了将该案例融入大学物理光栅衍射教学中的思考与方法。在光栅衍射教学中引入该案例有助于拓展学生视野、提升教学质量,也为与后续专业课在知识点上的对接奠定了理论基础。

基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统

设计开发了一种基于陈列波导光栅（AWG）的多通道光纤光栅解调系统. 该系统由宽带光源、隔离器、耦合器、光环路器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器、AWG、光电探测电路、调理放大电路、低通滤波电路和ARM控制电路等组成,采用光强法解调技术,对FBG 传感器的温度进行精确测量. 实验结果表明：该解调系统测量误差不大于±0.1 ℃,FBG 中心波长解调范围为1 545.30-1 560.50 nm, 可实现对4 通道的32 个FBG 传感器同时测量.

用于光束整形的表面等离子体双光栅结构

为了对双边布拉格反射波导半导体激光器的远场双瓣特性进行整形,使之合并成为单瓣出光远场,在布拉格反射波导的出光腔面上制作了表面等离子体双光栅结构。利用Au-SiO2光栅结构对表面等离子体的耦合效应和表面等离子体的透射增强现象将双瓣远场耦合成为单瓣出射,然后通过Au-Si3N4光栅结构将透射的表面等离子体耦合成为光子进行准直出射,最终得到单瓣准直的远场光斑。计算结果表明:当Au-SiO2光栅厚度为50nm,填充因子为0.5,光栅周期为350nm;Au-Si3N4光栅厚度为70nm,填充因子为0.5,光栅周期为660nm时可以得到远场发散角压缩到6.1°的整形光斑,比没有双光栅结构的发散角缩小了3.6倍;其远场透射光功率达到了模式光源的62%,是没有双光栅结构单瓣出射功率的1.59倍;同时腔面反射率也降低到12.4%,是没有双光栅结构的0.53倍。结果显示,提出的双光栅结构优化了布拉格反射波导半导体激光器的出光远场特性。

编码式光纤光栅传感阵列解调方案的论证

介绍了编码式光栅传感阵列的结构及其传感信号的特点。采用梳状结构对编码式光纤光栅传感阵列进行解调,利用被测光谱通过阵列波导光栅不同通道时输出的不同光强的比值确定被测光的波长。该文分别从理想状态和存在背景反射的状态论证了本文提出的方案的可行性,分析了噪声引起的误差。该系统不但适合于解调大容量的波长信息,而且在解调时不存在任何机械移动部分便可以快速、同时测量多个波长。

基于铌酸锂的高阶可调谐布拉格波导光栅特性分析

提出了一种可在铌酸锂上利用光刻及钛扩散方法实现高阶可调谐的布拉格波导光栅结构,并对其相关特性进行了分析。分析了占空比、光栅阶数、波导宽度差及外加电压对高阶布拉格波导光栅反射谱特性的影响。结果表明,折射率调制度、最大反射率与零值带宽均随占空比呈周期性变化,中心波长随占空比的增加向长波方向漂移。在各阶光栅均取最佳占空比时,折射率调制度最大;随着光栅长度的增大,最大反射率增大而零值带宽减小。随着波导宽度差的增大,最大反射率及零值带宽均增大,中心波长向长波方向漂移。当外加电压增加时,反射谱谱线形状几乎不变化,中心波长会向长波方向漂移,且呈线性增长趋势。

基于相位掩模法的高阶布拉格波导光栅特性

对基于相位掩模法的高阶布拉格(Bragg)波导光栅的特性进行了研究,不同阶数Bragg波导光栅的谐振波长均随饱和系数的增大而增大。综合考虑光栅阶数、相位掩模板衍射效率及饱和系数对Bragg波导光栅折射率调制幅度的影响,当Bragg波导光栅阶数为2,且饱和系数为0.67时折射率调制幅度达到最大,此时Bragg波导光栅的最大反射率最大,零值带宽最大。随着光栅长度的增大,最大反射率增大,零值带宽减小。波导光栅的饱和系数随写入光强与刻写时间乘积的增大而增大,当此乘积为160s·W/cm2时饱和系数为0.67,因此可以通过控制写入光强与刻写时间使饱和系数达到最优。

基于光栅的全光缓存器的研究

作为全光交换网的关键技术,全光缓存器技术正成为当前的研究热点.在介绍全光缓存器研究进展的基础上,提出了一种利用阵列波导光栅和光纤光栅实现全光缓存器的方案,具有成本低、器件集成化等优点.