一种质子交换铌酸锂波导与保偏尾纤对轴方法

提出了一种用宽谱光源及偏光干涉效应为质子交换铌酸锂波导与其保偏尾纤的对轴方法.将宽谱光源与待对轴的保偏光纤相熔接,当宽谱光通过保偏光纤和质子交换铌酸锂波导后,由于偏光干涉效应,相干函数上新增不同的次峰.利用各次峰的位置和幅值信息,可解算出质子交换铌酸锂波导与其保偏尾纤的对轴角度,将解算出的角度作为反馈控制信号即可实现在线对轴.

铌酸锂波导质子交换温度控制及折射率分布研究

针对铌酸锂波导质子交换的精确控制提出了一种预热-反应方法,建立了质子交换温控模型,并对该模型进行了PID控制参数整定和温度波动误差分析,在此基础上研究了质子交换过程中温度波动对H+浓度纵向分布的影响。采用预热-反应方法制作了波导样本,实验测试了其折射率纵向分布,并与传统工艺制作的波导样本测试结果进行对比,验证了所提方法对质子交换精确控制的有效性。实验表明:预热-反应方法折射率分布同理论计算折射率分布结果吻合更好。

质子交换铌酸锂波导MMI光功分器 (英文)

利用三维非旁轴近似光束传输法对退火质子交换铌酸锂渐变折射率分布波导中的自镜像效应进行分析与模拟 .在此基础上 ,利用退火质子交换技术在 X切 Y传铌酸锂衬底上进一步制作了 1× 8MMI光功分器 .测试表明器件实现了 1路分成 8路的光功分功能 .

基于Ⅱ类周期极化铌酸锂波导的通信波段小型化频率纠缠源产生及其量子特性测量

自发参量下转换过程制备的纠缠光源在量子光学及其相关领域有着广泛的应用.本文利用780 nm的分布式布拉格反射镜激光二极管抽运一块长10 mm的Ⅱ类准相位匹配的周期极化铌酸锂波导,产生了偏振正交的频率反关联纠缠光子对.通过实验结果与理论的完美结合得到,当进入波导的抽运光功率为44.9 mW时,下转换双光子对的产生速率为1.87×10~7s^(-1).利用单色仪对下转换光子的频谱进行分析,得到信号和闲置光子的中心波长分别为1561.43 nm和1561.45 nm,频谱宽度为3.62 nm和3.60 nm,双光子符合包络宽度约为3.18 nm,可以得到双光子的频率纠缠度为1.13>1.00,表征了双光子的频率纠缠特性.利用Hong-Ou-Mandel干涉仪测量双光子的二阶量子干涉特性,测得的干涉可见度为96.1%,干涉图谱的凹陷宽度为1.47 ps.

高温质子交换铌酸锂波导制备工艺研究

研究了一种高温质子交换制备铌酸锂光波导的工艺技术,质子源是稀释的苯甲酸熔融液,通过提高蒸气压的方法实现了350℃质子交换,X线衍射测试表明波导层具有单纯的α相结构。采用该技术实验制备了铌酸锂Y分支波导,报告了波导单模特性的测试判断方法,研究了控制波导单模传输的工艺环节。测试表明,试制样品在1 310nm和1 550nm波长下具有良好的单模传输特性。

铌酸锂波导电光重叠积分因子的波长依赖特性分析

通过测量铌酸锂(LN)单模波导在不同波长下的半波电压,结合半波电压与电光重叠积分因子的依赖关系,实验发现了LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而迅速减小.另一方面,通过数值求解法分别得出了LN单模波导在不同波长的导模场分布和调制电场分布以及二者的重叠积分因子,在理论上获得了与实验数据十分近似的结果.进一步的仿真分析指出LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而减小的规律主要来自于导模的光场中心随波长增大逐渐远离波导表面,向低电场强度区域靠近.这种电光重叠积分因子的波长依赖特性是导致LN波导半波电压随波长增大而非线性上升的原因之一,它将为基于LN波导的器件的设计和优化提供重要参考.

紧凑型纳米薄膜铌酸锂复合波导光电子可逆逻辑门

基于纳米薄膜铌酸锂与氮化硅复合波导结构,构建了光电子可逆逻辑门,应用于神经形态光子学和量子计算。该光电子可逆逻辑门的主体由两个马赫-曾德尔调制器级联而成,结构紧凑,全长仅为4.4 mm,是普通质子交换铌酸锂调制器长度的百分之一。工作在1.55μm波长时,该马赫-曾德尔调制器仅需4.9 V电压就可以实现一次完整的功率交换,很好地与CMOS工艺相兼容。器件特性研究表明,该光电子可逆逻辑门能够实现可逆逻辑运算功能。此外,该器件在1.4~1.6μm波长范围内,插入损耗均值为0.6 dB,输出端口的最小串扰为-47 dB,消光比的最大值为41 dB;在4~6 V电压范围内,插入损耗均值为0.63 dB,输出端口的最小串扰为-26 dB,消光比的最大值为22 dB,显示出了良好的响应特性。

硬脂酸高温质子交换α相铌酸锂光波导的制备技术研究

采用稀释硬脂酸和高温质子交换技术,研究了单偏振α相铌酸锂光波导的制备工艺。开发了一种高温密闭装置,通过提高蒸汽压的方法实现了350℃质子交换。波导折射率分布测试采用了棱镜薄膜耦合m线技术结合统计迭代法拟合的方法,晶相分析采用了红外吸收光谱技术。实验结果表明,掺入1.1%硬脂酸锂质量比例的硬脂酸作为缓冲质子源,经350℃/6h高温质子交换,可以形成α相铌酸锂光波导,稀释度为1.3%时,同样的温度/时间条件下,可以获得632.8nm单模α相铌酸锂光波导。

钛扩散铌酸锂矩形波导中的双折射耦合对传播常数的影响

从亥姆霍兹方程出发,得到了各向异性光波导在弱导近似下的耦合模理论。耦合系数包括偏振耦合项和双折射耦合项。并用马卡提里近似下的模式作为零级近似。用一级微扰法计算了折射率渐变分布的钛扩散铌酸锂矩形波导的传播常数。在给定参数的情况下,得到双折射项引起的传播常数的改变约为主微扰项的3%,因此双折射耦合对钛扩散铌酸锂矩形波导的性能影响不可忽略,这对设计和分析与它相关的光波导器件具有指导意义。

基于硅-铌酸锂复合波导的偏振复用器设计

结合铌酸锂薄膜的研究现状,提出一种硅与铌酸锂复合集成的波导结构,该波导结构能够将硅基的成熟工艺与铌酸锂材料的特性结合,利用铌酸锂的高双折射特性,该波导结构在实现偏振控制器件方面具有一系列独特的优势.基于硅与铌酸锂复合的波导结构,设计了两类无源器件:定向耦合型偏振分离器和定向耦合型偏振分离转换器.分别采用光束传输法(BPM)和时域有限差分法(FDTD)对两类器件进行了仿真与性能分析,仿真计算结果表明,偏振分离器能够实现TE模和TM模的分离,且消光比高于30dB,在保证消光比大于10dB的情况下,其带宽约为70nm,工艺容差达100nm;偏振分离转换器能够实现TM模向TE模的转换,且消光比达20dB.两类器件均具有尺寸小、结构简单、工艺上易于实现等优点.

一种电光可调的铌酸锂/钠基表面等离子体定向耦合器

为了满足日益增加的集成光子器件设计的需求,本文研究了一种铌酸锂/钠表面等离子体波导(LiNbO3/Na surface plasmonic waveguide,LNSPW),并利用LNSPW构成电光可调的定向耦合器(directional coupling,DC).利用有限元方法(finite element method,FEM)对波导的模式特性和耦合器的耦合特性进行了分析.结果表明,随着波导尺寸的增大,传播长度可达约200μm,归一化有效模场面积小于0.4.通过调节耦合间距(W_(gap))、耦合长度(L_(C))和工作波长(λ)等参数,铌酸锂钠表面等离子体波导构建的定向耦合结构可实现3 dB耦合.当W_(gap)=100 nm和L_(C)=17μm时,DC在V_(0)=53 V时可实现3 dB耦合,且具有较好的方向性和隔离度.LNSPW的研究为实现可调的DC提供了一种可行的方案,在集成电光可调器件研究领域有潜在的应用前景.除此之外,LNSPW还可广泛应用于非线性光学、光信号处理及光全息存储等领域.

铌酸锂光波导中的共振声光耦合和它在表面声波相速测定中的作用

报道了在质子交换的铌酸锂波导中出现的在静态模转换和动态模转换之间的一种耦合现象，提出了这一现象初步的定性解释，并且应用这一现象来测定表面声波的相速及其色散，获得了与其他测试方法相一致的结果。

一种新型的光波导光学相控阵的特性研究（英文）

采用光纤作为传输链路,将光子晶体光纤作为系统的输出阵列,LiN bO 3波导作为相位调制器,构建了一种基于光纤光路的光波导光学相控阵。根据光学相控阵理论和LiN bO 3波导的电光效应,分析了系统的可行性,并研究了这种新型结构下的光波导光学相控阵的输出衍射特性和光子晶体光纤阵列结构参数的关系。研究结果表明通过控制施加在LiN bO 3波导上的电压可以改变出射光束的附加相位从而实现光束的偏转;光子晶体光纤阵列上的纤芯数量、纤芯间距以及纤芯的排列方式等结构参量会对系统的输出光束的光强分布、半峰值全宽度(FWHM)和归一化的振幅分布产生影响。随着光子晶体光纤制作工艺的不断发展,系统的光束扫描质量将会逐渐提高并且色散特性和传输特性将会获得改善,为今后这种光学相控阵系统的设计提供了理论基础和技术依据。

缓冲质子源LiNbO_3波导折射率计算及实验

为实现铌酸锂退火质子交换(APE)波导折射率分布的准确计算,选择含苯甲酸锂的苯甲酸缓冲液作为质子交换质子源,高温退火制作了波导样本。针对该工艺过程建立退火质子交换波导模型,包括非线性扩散模块和光学数值仿真模块,分别计算APE波导折射率及其模式有效折射率。以测得的样本波导模式有效折射率和计算的有效折射率差的均方根构建评价函数(FOM),结合遗传算法提取该工艺条件下质子扩散参数,实现了不同交换深度和退火时间波导折射率分布及其光学特性的一体化计算。实验表明:FOM小于0.001,计算折射率分布同IWKB方法测得结果吻合较好,最大偏差约0.002。

晶片与光刻胶温度差对波导损耗的影响

研究了铌酸锂晶片与光刻胶之间的温度差对钛扩散铌酸锂波导传输损耗的影响。分别在高温度差和低温度差下制备了钛扩散铌酸锂波导,并对其进行了测量。对比实验结果表明,温度差相对较低时,可以得到较大的波导模场尺寸和较小的波导传输损耗。仿真结果显示,波导模场尺寸较大时,波导的传输损耗较小,与实验结果一致。

基于PPLN波导的全光数值比较器的设计

全光逻辑信号处理是光通信网络中的关键技术,对于实现全光网络具有重要意义。基于周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的和频效应+差频效应,在准相位匹配条件下,采用波导级联的方式设计并实现了全光数值比较器。通过数值计算和仿真得到波形图,并通过讨论眼图、脉冲宽度、消光比以及峰值功率延迟时间等指标分析了全光数值比较器的性能。结果表明,采用波导级联的方法对信号光进行处理,不仅可以完成相应的逻辑功能,而且可以保证信号的传输质量,还扩展了PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的应用。

基于PPLN波导的全光译码器的设计与研究

随着互联网的发展,网络数据流量极速增长,全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中,全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理,将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理,设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构,通过数值计算仿真得到了波形图和眼图,分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明:采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能,同时保证了光信号的传输质量,为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。

用波导结构的周期极化铌酸锂产生507nm的连续倍频输出

稀土金属镱原子的3P2态是镱原子的一个很重要的长寿命亚稳态,为了研究将跃迁1S0→3 P2作为镱原子钟跃迁的可能性,通过507nm的激光场进行激发而实现态制备.实验中利用波导型周期极化铌酸锂作为倍频晶体的单次倍频方式,采用了一种简单的短焦距单透镜耦合方式,获得了507nm的连续光输出.结果表明,采用焦距为20mm的单透镜将58mW的1 014nm基频光直接耦合到波导结构的周期极化铌酸锂,得到了86.5μW的507nm倍频光.同时,给出了倍频输出光的输出功率与温度的关系曲线.对比传统的裸光纤直接耦合方式,单透镜直接耦合方式优于光纤耦合的倍频效率.

基于啁啾周期极化铌酸锂波段可选择光采样研究

对利用啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的和频效应(SFG),实现能覆盖整个C波段和L波段的光采样技术进行了研究。从耦合模方程开始,对转换效率和带宽进行了数值计算和仿真。对传输速率为10 Gb/s的光信号NRZ序列采样,通过软件同步算法恢复采样结果,得到了清晰的眼图和高质量的Q因子。从仿真结果可以看出应用CPPLN波导比周期极化铌酸锂(PPLN)波导具有更宽的带宽,在调谐的抽运光下,可以对C波段和L波段范围内的任何波段进行选择采样,且波段的宽窄可以根据需要,通过调节波导长度和波导啁啾系数进行任意调节。与PPLN波导中的SFG相比,啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的SFG具有更宽的采样带宽、更灵活的波段选择性。

基于和频与差频级联的全光单光子波长变换(英文)

基于周期极化铌酸锂波导,提出了一种采用和频产生与差频产生级联的全光单光子波长变换方案.在海森堡绘景下,通过非线性变换过程的哈密顿量求解了目标单光子信号的湮灭算子,进而根据变换前后的光子数算符之比得到了单光子波长变换的效率.分析了和频产生过程以及差频产生过程中单光子的转换效率与泵浦功率之间的关系,证明了存在最佳泵浦功率使得量子态能够完全转移.数值分析结果表明,当上变换(和频产生)泵浦光功率为65mW、下变换(差频产生)泵浦光功率为150mW时,由1 550nm到1 530nm的单光子波长变换可达到61%的转换效率.给出了级联单光子波长变换的实验装置,包括周期极化铌酸锂波导、泵浦激光、准单光子信号源、滤波等光学元器件、单光子探测器和同步线路.