用于光交换的硅基二氧化硅AWGR的设计与研究(特邀)

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(AWGR)具有光学并行和波长路由能力,能在不同信道上同时传输N路信号,具有扩展性好、延时低和频带宽等优势,结合可调谐光源能实现快速光交换,是下一代光交换数据中心网络的潜在技术方案之一。为了解决现有AWGR在实际应用中存在的串扰大、有额外耦合损耗、偏振敏感和损耗非均匀性大等问题,进一步扩大数据中心规模和提升数据交换速度,文章分别对4×4和12×12通道的AWGR进行了研究。【方法】文章通过仿真软件进行基本设计参数的计算,分析研究了AWGR设计流程,并采用光束传播法(BPM)进行了仿真模拟。同时,采用在平板波导和条形波导连接处加入锥形波导taper结构和增大输入、输出波导间距等方法进行了性能优化。【结果】仿真结果得到良好的性能参数:4×4 AWGR插入损耗为-0.714 dB,串扰为-35.556 dB,损耗非均匀性为1.907 dB;12×12 AWGR插入损耗为-0.294 dB,串扰为-36.019 dB,损耗非均匀性为3.428 dB。文章制作设计器件流片并进行了性能测试,结果表明:4×4 AWGR插入损耗为-2.586 dB,串扰为-29.473 dB,损耗非均匀性为1.921 dB;12×12 AWGR插入损耗为-3.692 dB,串扰为-23.874 dB,损耗非均匀性为3.873 dB。【结论】文章的研究在串扰和损耗非均匀性等方面进行了性能优化,为后续设计迭代和进一步提升性能参数积累了经验。

多通道片上微纳波分解复用器的智能逆设计

为获得超小超密集的波分解复用器,提出多通道片上微纳波分解复用器的智能逆设计方法,引入序列二次规划(SQP)算法和有限元法(FEM),辅以插值、整形和二值化等技术手段,实现从功能需求到具体结构的逆向设计。通过该方法,成功设计出多种类型的波分解复用器,并对它们进行实验验证。实验结果表明,所设计的波分解复用器在尺寸、传输效率和消光比等方面均表现出色。

大长度高精度侧面研磨光纤关键技术及应用

自主研制了光纤轴向研磨厚度精确控制装置和电弧放电光纤研磨截面高精度抛光装置。通过高精度压电陶瓷PZT调节光纤侧面的研磨厚度,研磨精度达0.01μm。通过定位传感器控制光纤的研磨长度,可实现长度大于100mm的光纤侧面研磨。采用低热膨胀系数微晶玻璃作为研磨块,大大降低研磨损耗。微晶玻璃上刻制多个V型槽,可实现多光纤同时轴向研磨,极大地提高了光纤研磨效率。利用电弧放电所产生的高温将研磨光纤的表面进行熔化,从而有效消除研磨光纤表面的粗糙度,抑制微裂纹或凹坑造成的较大损耗。利用上述装置,可精确控制光纤侧面研磨厚度,为高精度双折射可控保偏光纤光栅、基于光纤光栅辅助耦合波分复用(WDM)下话路器等光器件的研究奠定了基础。

非水溶性红敏光致聚合物全息性能的改善及其应用研究

为使非水溶性红敏光致聚合物材料的全息性能得到改善,采用复合光敏增感、复合引发和复合单体的方法反复对比实验,改善后体系的灵敏度为0.02 cm2/mJ,衍射效率高达83%,计算得到材料的最大折射率调制度为4.1×10-3。实验结果和理论分析表明,利用该材料制作的新型全息光栅具有损耗低、通道宽度窄、衍射效率高等优点,适于制作光通信中的波分复用器及各种光学元件。

基于慢光效应的解波分复用器的设计与研究

为了设计一种基于正方晶格光子晶体波导的三端口解波分复用器,利用光子晶体的光子带隙特性和光在光子晶体慢光波导中的传输特性,并采用平面波展开法及时域有限差分法对解波分复用器的特性进行了理论分析,数值计算了解复用器的空间和光谱分布特性。结果表明,调整波导中与波导紧邻的第1排柱子的位置,使三部分波导中传输的慢光频率发生改变,通过合理的结构设计,利用慢光模式传输的特点将不同频率的光从不同的输出端输出,可实现解复用的目的。

一种新型多模干涉型光子晶体波分解复用器(英文)

基于二维光子晶体中多模干涉效应(MMI)设计了一种新型的三波长波分解复用器,模拟结果表明,该结构能有效地分离1310 nm/1500 nm/1550 nm三个波段的波长。当改变该波分解复用器的相关结构参数时,该结构能拓展至其他波段。除此之外,该结构也能单独作为两波长波分解复用器对1310 nm/1550 nm实现分离。该波分解复用结构对三个波长的透射率均在91%以上。与此同时,借助于平面波展开法及时域有限差分法,对光波在该结构的传播效率及传播行为进行了计算及模拟。

基于液体选择填充光子晶体光纤的波分解复用器研究

设计了一种基于液体选择填充三芯光子晶体光纤的1.31/1.55μm波分解复用器。中间为缺失一个空气孔的普通二氧化硅纤芯,左右两纤芯填充了不同折射率的液体材料。根据光纤消逝场耦合的模式理论,不对称相邻波导存在波长相关耦合。不同填充折射率的两纤芯与中间纤芯分别耦合,构成两个不同响应波长的光滤波器。通过选择合适光纤长度,可实现不同波长光的分离。采用全矢量有限元法分析了光纤的传输特性,讨论了填充不同折射率液体时波导间的模式耦合,得到了其匹配波长与耦合长度。基于光束传播法仿真发现,长度为4.88mm的光纤能实现1.31/1.55μm波长光的解复用。

5种基于空间光开关的OXC的串扰研究

针对5种基于空间光开关的OXC结构,用最坏值方法对其串扰进行了分析,推导出它们的功率输出方程,并对这5种OXC的总串扰随空间光开关和复用器/解复用器的串扰变化情况以及波长数和光纤数变化情况进行了详细研究.通过比较发现,一种基于分离的空间光开关和复用器/解复用器结构的OXC串扰性能最好.因此OXC的串扰不仅与元件参量有关,也与其结构有关.

光纤光栅及其在光波分复用技术中的应用

分析了光子诱导所致的光纤光栅形成机理 ,如紫外激光干涉条纹图下的横向侧面曝光法 ,介绍了光纤光栅在光波分复用技术中的应用。

谐振腔侧边1×5介质柱调谐光子晶体滤波器

在正方格二维光子晶体结构中设计了基于可调谐谐振腔的带通滤波器,通过改变1×5谐振腔侧边调谐介质柱位置调节谐振腔与波导系统工作时传输的波段,用CMT理论分析了输入端耦合衰减率及输入端失谐因子对滤波器的影响。借助FDTD方法得到了滤波器波长传输谱,结果表明:当滤波器结构工作于1320～1810nm波长段时,输出端38个通帯的-3dB带宽Δλ范围为4.18～11.15nm,通带峰值波长可调宽度为186.56nm。该微型滤波器适于光电通信粗波分解复用WDDM系统设计和光集成设计等方面。

啁啾Moire光栅波分复用/解复用器件的理论分析

根据耦合模理论 ,用传输矩阵法计算了啁啾Moire光栅的透射谱特性 ,分析表明其透射谱具有多个通带及好的通道隔离度

取样光栅的反射谱特性及其应用

本文基于取样光栅的独特反射谱特性,对其作为光子器件如DBR激光器、波分复用/解复器和光插分复用器 的结构图作了探讨。通过比较得知,用取样光栅构成的新型光子学器件比用单纯的光纤光栅构成的光子学器 件在未来的密集型波分复用(DWDM)光纤通信系统中更有实用价值。

刻蚀衍射光栅解复用器的偏振色散分析

介绍了一种将矩量法应用于刻蚀衍射光栅解复用器设计分析的偏振敏感型方法 .通过数值分析 ,证明提供的方法在分析器件色散响应方面比传统的标量方法更加接近实测结果 .分析了器件的偏振独立损耗和偏振色散差随入射角和衍射级的变化关系 ,指出器件结构参数的确定应以满足偏振色散差的实际需要为主 。

1310nm/1550nm单模光纤波分复用器的研制

报道了熔锥型1310nm/1550nm波分复用器的设计和制作方法。运用光纤耦合器的耦合机理,从理论上得出了耦合功率和拉伸长度的关系,当拉伸长度大约为9.5mm时,可以实现1310nm/1550nm波分复用。采用熔融拉锥系统,制作了样品。测试表明,器件的隔离度大于21dB,附加损耗小于0.1dB,该器件的指标都达到了实用化的要求。

基于三芯光纤的波分解复用器的研究

本文设计了基于常规线型排列三芯光纤的新型波分解复用器,比起基于多芯的光子晶体光纤的波分解复用器,该波分解复用器有着容易制作,且易于与常规光纤对接的优点。由耦合理论可知,对于两个失配的平行光波导,两波导的模式耦合是不完全的。通过设计使两个非对称平行光波导在某波长上传播常数匹配,此时两个波导就可完全耦合,从而实现滤波。通过选择合适的光纤长度,使得在光纤的输出端,不同波长的光从不同的波导端口输出,实现波分解复用的功能。本文利用全矢量光束传播法仿真发现,在1cm处可以实现波长1.31um和1.55um光的解复用。

带有布喇格光栅的光纤失配耦合器的传输特性分析(英文 )

本文利用模式耦合理论，分析了光纤失配耦合器在耦合区带有一个布喇格光栅后两光纤中基模场的传输特性，得到基模场发生耦合现象的条件及满足的方程． 采用数值分析方法模拟耦合现象，并得出了带有布喇格光栅的光纤耦合器用于波分复用／解复用的最优化设计方案．

基于CMFBG的波分复用/解复用器件的理论分析

根据耦合模理论,用传输矩阵法计算了啁啾Moire光纤布拉格光栅(CMFBG)的透射谱特性,分析表明其透射谱具有多个通带及好的通道隔离度.通过调整光栅各参数可获得通道间隔满足国际电信联盟标准的CMFBG.

基于光子晶体1×3谐振腔滤波器的研究

考虑到滤波器输入波导中入射电磁波和反射电磁波的相位差,通过CMT理论分析了不同设计情况下的工作性能,然后优化设计了光子晶体1×3谐振腔滤波器结构.用FDTD方法研究了滤波器工作特性,改变1×3谐振腔下侧调谐柱位置得到滤波器结构的96个不同通带峰值波长平均正规化传输率为89.6%,相邻峰值波长平均间隔为1.25nm、平均传输带宽为1.19nm、谐振腔平均品质因数为1350.2、提取的峰值波长调谐范围在1534.04～1653.16nm.结果表明:该滤波器具有正规化传输率高、带宽窄、波长信号提取强度平稳等特性.其结构在密集型波分解复用(DWDDM)系统设计、光信号传感器件设计、密集型光路集成化设计等领域具有潜在的应用价值.

可用于制作波分复用器的非水溶性绿敏光致聚合物的研究

对一种非水溶性绿敏光致聚合物全息记录材料用作全息光栅型波分复用器进行了研究．该聚合物体系由单体、成膜物、引发剂、链转移剂及光敏剂等成分组成，它具有防潮、后处理简单、灵敏度较高和对514．5nm绿光敏感等特点．利用这种光致聚合物制作了适用于光栅型波分复用器的透射式全息光栅．根据研究，在理论上论证了该光致聚合物制作的全息光栅型波分复用器可以实现14～56个通道的复用和解复用，并认为该材料可以用来制作光栅型波分复用器．

光子晶体微腔稀疏波分解复用器的设计与模拟

针对城域网与接入网对稀疏波分复用系统的应用需求,提出了一种基于光子晶体微腔的稀疏波分解复用器.利用平面波展开法计算了二维正方晶格圆柱形硅介质柱型光子晶体的带隙,在此基础上,引入五点缺陷构造了光子晶体微腔,并用时域有限差分法系统分析了微腔共振波长与缺陷介质柱半径及折射率的关系,理论上设计了一种符合ITU G.694.2标准的四信道解复用器.结合Rsoft软件的仿真分析,结果表明:五点缺陷微腔共振波长与缺陷介质柱半径呈非线性关系,与缺陷介质柱折射率差呈线性关系,解复用器四信道的中心波长接近目标波长,峰值半高全宽均小于5.7nm,串扰均在-15.66dB以下,输出谱相对强度均大于90%,输出功率均衡,为解复用器的深入研究提供了理论基础.