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。

基于单个槽波导微环谐振器法诺共振的折射率传感

法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500 nm/RIU,可探测极限为4.00×10^(-5) RIU;在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×10~4 dB/RIU,可探测极限为5.52×10^(-6) RIU。

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.

基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究

基于狭缝波导结构,设计了工作波长在890 nm的聚合物基微环。从折射率传感的角度详细分析了狭缝波导的模场特性。分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响。传统的狭缝波导具有较高的弯曲损耗,这会影响微环谐振器的品质因子Q以及消光比。设计了非对称的狭缝结构,保证波导模式位于波导中央传输,降低弯曲损耗。为了条形波导与狭缝波导更好的耦合,设计了基于多模干涉结构的条形-狭缝波导模式转换器。仿真表明设计的微环谐振器的传感灵敏度达到109 nm/RIU。

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。

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.

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。

聚合物微环辅助MZI型可调谐滤波器

为改善普通马赫-曾德尔干涉仪滤波器的滤波性能,将微环谐振器与马赫-曾德尔干涉仪相结合,设计出一种新型滤波器结构。利用信号流程图理论推导出滤波器传递函数,并对其输出端口透射谱进行仿真分析。仿真结果表明:当微环谐振器周长(L_1和L_2)与马赫-曾德尔干涉仪上下臂臂长差Δd满足如下关系:L_1=2L_2=Δd时,滤波器输出光谱顶部平坦,边沿陡峭,形状类似于"方形"。通过数值计算,取微环谐振器周长L_1=1 510μm时,滤波器的自由光谱范围为2nm、3dB带宽为1.15nm、精细度达到1.74、品质因子为1 347.82。文章提出的微环辅助马赫-曾德尔干涉仪型滤波器的滤波性能与普通马赫-曾德尔干涉仪滤波器相比有了明显改善。选择光电特性优良的聚合物材料设计微环谐振器和马赫-曾德尔干涉仪,当施加在滤波器上的电压发生变化时,滤波器输出光谱向右漂移,可以满足不同的滤波需求。

基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感技术

针对微环谐振器用于折射率传感时动态范围较窄的问题,提出了一种基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感技术,使谐振波长漂移的计算能够不用考虑原始参考值以及增大折射率探测范围,并验证高阶模对环境变化更敏感。通过理论分析,建立仿真模型,验证了该方法的可行性,并使用具有不同折射率的待测溶液开展传感实验,得到了91.79 nm/RIU的折射率灵敏度与10-5 RIU的分辨率。

基于硅基微环谐振器的折射率传感研究综述

片上折射率传感在安全检查、环境监测、健康诊断和食品监督等领域有着广阔的应用前景,基于硅基微环谐振器的折射率传感器具有微型化、集成化等优点,已成为当前研究的热点。文章首先对硅基微环谐振器的折射率传感探测原理进行了介绍,然后依据探测原理分类梳理了国内外硅基微环折射率传感的最新研究进展,并分析总结了不同传感探测原理的优缺点,最后讨论了现阶段硅基微环谐振器在折射率传感中存在的问题和未来的发展方向。

基于微环谐振器的溶液浓度传感器研究

设计了基于微环谐振器的溶液浓度传感器,提出了一种溶液浓度测量的新方法。介绍了全通微环谐振器(MRR)的结构及传输机制和MRR浓度传感器的工作原理。根据电磁场理论得到了狭缝波导的特征方程,计算了MRR的共振波长,并以乙二醇溶液为例,利用有限时域差分法模拟了外界环境浓度变化时微环的功率谱。模拟结果表明:随着乙二醇溶液浓度增大,MRR的谐振波长与乙二醇溶液浓度的变化近似呈线性关系,与理论计算结果一致;并对该传感器的灵敏度进行计算,结果显示灵敏度可达490.2nm/RIU。采用MRR测量液体浓度成本低、结构简单,能够实现对环境介质的快速精确测量。所设计传感器还可用于测量固体、气体浓度和其它与浓度、折射率相关的参量。

狭缝级联微环耦合谐振腔声学传感特性分析

设计了一种基于狭缝波导的级联微环耦合谐振腔的声学传感器。分析狭缝波导结构特性并应用于级联微环谐振腔,基于光波导耦合模式方程得到系统的透射谱公式,构建出基于狭缝级联微环耦合谐振腔理论模型,利用时域有限差分法模拟计算系统的光学特性,再根据材料的声学特性和弹光效应,利用有限元法模拟计算系统的声学特性,得到系统的声学传感特性。研究表明:微环半径为5μm时,Q值达到1.24×10^4,系统灵敏度达到2 453.7 mV/kPa,声波检测范围为150 MHz。

硫系玻璃狭缝波导微环的模拟分析

硫系玻璃材料在中红外波段具有高的透过率,成为制备中红外光波导光学传感器的首选材料。为了提高光与待测物的作用,减小器件体积,优化设计并分析了硫系玻璃狭缝光波导微环器件。通过COMSOL软件对狭缝波导进行了建模,为了减小高折射率衬底的影响、减小电极材料对红外光的吸收并避免共振吸收,优化了下缓冲层厚度、上缓冲层厚度、电极厚度。采用优化的狭缝波导结构,设计了圆形和跑道型硫系玻璃狭缝波导微环谐振器,优化了微环谐振器半径,分析了品质因数、自由光谱区、以及谐振光场分布等性能参数。分析结果显示,圆形微环谐振器具有更高的品质因数(28452),谐振峰更加尖锐,对光的选择性更好;而跑道型微环谐振器的自由光谱区更小(6.2nm),用电极调节谐振峰的波长时,谐振峰更容易和气体的吸收峰对齐,更适合于红外气体检测。

一种窄带高消光比的可调谐聚合物微环谐振器的仿真分析

基于耦合模理论、微环谐振理论和电光调制理论,提出了一种可由电光调谐并带有两段U型波导的微环谐振器,通过仿真结果讨论了输出光谱、U型波导长度和耦合系数等参数的变化关系。仿真结果证明,相比较于其他报道过的带有U型波导的微环谐振器,本文所提出的微环谐振器在耦合系数取0.1时,实现了60dB以上的极高消光和极窄的带宽,同时自由光谱范围(FSR)可达到56nm。通过改变加载在微环和U型波导上的电压,可以分别实现波长和消光比的调谐。

聚合物波导微环陷波滤波器研究

分析了全通型波导微环的滤波响应特性,该波导微环在耦合系数与微环周损耗满足临界耦合条件时可以实现陷波滤波功能。设计并制备了跑道形聚合物液态聚倍半硅氧烷(PSQ-L)波导微环谐振器。基于其陷波滤波功能,实现了14.35GHz准单边带微波信号在长为25km的光纤中传输,有效抑制了光纤色散导致的微波功率衰减问题。为进一步提高陷波滤波的灵活性,采用马赫-曾德尔干涉(MZI)结构代替传统定向耦合器。通过改变干涉臂和环波导上加热电极的功率实现了微环耦合状态(过耦合、临界耦合、欠耦合)与谐振波长的灵活调谐,最大陷波深度为12dB,波长调谐效率为8.2pm/mW。

温度不敏感聚合物波导微环光学生化传感器研究

温度敏感性是影响波导微环光学生化传感器性能的重要因素。从微环谐振方程出发分析了微环传感器温度敏感性产生的机理,研究了以SU8-NOA61-SU8三明治结构聚合物衬底代替传统硅衬底,利用衬底的热膨胀效应抵消波导的热光效应,来消除聚合物波导微环光学生化传感器的温度敏感性。采用ANSYS软件对三明治衬底的厚度进行了仿真设计,得到了温度不敏感条件下的衬底厚度参数。对SU8和NOA61旋涂成膜工艺进行了实验研究,得到SU8和NOA61的膜厚控制精度分别为0.07μm@20 r/min和0.34μm@20 r/min。分析得到三明治聚合物衬底波导微环传感器的温度敏感性和探测极限值,达到了带有温控装置的硅衬底聚合物波导微环传感器的性能。

基于slot结构的反馈耦合波导微环谐振器

为了优化微环谐振器的性能,提出了一种slot结构的反馈耦合波导微环谐振器。该结构通过在上下载型微环的基础上引入一个附加光场及采用slot波导来改善谐振器的性能参数。利用传输矩阵法分析了该改进型结构对相位、自由光谱范围及输出性能的影响,并用三维有限差分软件FDTD进行了模拟仿真。结果表明:基于微环谐振器的改进型结构的自由光谱范围由14.5 nm增大到了29 nm,消光比的绝对值从21 dB增大到了32 dB,有助于实现对应传感器件测量范围及灵敏度的提升。

一维光子晶体槽型微环谐振器及其传感特性

为了使折射率传感器具有高品质因子和高灵敏度,提出一种基于槽型光波导的一维光子晶体微环谐振器。该结构中两种不同状态的光模式在不同的光路上相互干涉而产生Fano共振,这种非对称线型的结构能够获得更高的消光比和品质因子,在折射率传感方面也有更好的灵敏度。采用时域有限差分法对结构进行分析和模拟仿真。仿真结果表明,所提结构的品质因子达到30950,比传统微环谐振器提高4倍以上;消光比为29.08 dB,比传统微环谐振器高出16.89 dB。在折射率传感特性的分析中,所提结构的灵敏度达到344 nm/RIU,比传统微环谐振器提高3倍;灵敏度检测下限为1.4×10^(-4) RIU。

铒镱共掺微环谐振器的放大特性分析

对铒镱共掺做环谐振器的放大特性进行了理论分析,给出了器件的传递函数和功率增益的公式。在抽运光波长为0.98μm、信号光中心工作波长为1.55μm的情况下,分析了抽运光功率、信号光功率、铒镱掺杂浓度、微环与信道间的振幅耦合比率对放大器放大特性的影响,给出了上下信道的传输光谱,并对其结构进行了优化设计。模拟结果表明,与同等长度的直条形铒镱共掺波导放大器相比,该器件可获得更高的信号光增益,选取P_(p0)=8mW,P_(s0)=36.5μW,N_(Er)=1×10^(26)m^(-3),N_(Yb)=3×10^(27)m^(-3),该器件可容易地获得11.6 dB以上甚至高达60 dB的信号光功率增益。这种强放大功能的铒镱共掺微环谐振型放大器,将更有利于器件在尺寸上的小型化、集成化。

基于硅基槽型微环谐振器的集成生物传感器

本文对一种基于槽型微环谐振器的生物传感器进行了研究,通过微环谐振器与槽型波导的结合,增强光与传感媒质的相互作用,减小传输损耗的制约影响。采用时域有限差分法(FDTD)研究了波导有效折射率随传感物质材料折射率的变化,结果显示它们呈线性关系,这为折射率的有效传感提供了可能。采用电子束光刻和等离子体刻蚀技术在SOI基片上制备了样品,SOI基片的顶层硅和埋入氧化层的厚度分别为220 nm和2μm,微环谐振器的微环半径为30μm。采用波导光栅耦合器来实现光的输入和输出,频谱测量显示槽型微环谐振器的品质因数达到了2 940,通过测量传感器表面覆盖不同浓度的氯化钠溶液时光谱谢振峰的变化,得到传感器的灵敏度和检测极限分别为980.24 nm/RIU和5.4×10^-4 RIU。