S-type Er-Yb Co-doped Phosphate Glass Waveguide Amplifier Integrated with Cascaded Multilayer Medium Thin Film Filter

A new S-type of erbium-ytterbium co-doped phosphate glass waveguide amplifier integrated with cascaded multilayer medium thin film filter is proposed,this S-type geometry waveguide structure is used to achieve a long path in a compact chip,and obtained higher gain with lower Er-doped concentration. The cascaded multilayer medium thin film filter is utilized to achieve a broader flattening gain bandwidth.The intrinsical gain spectrum is obtained by solving rate and power propagation equations,the effect of transmittance spectrum of thin film filter on flattening gain is discussed.

低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展

近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展,为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程,以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结,并展望了未来的发展趋势。

基于边缘优化设计的低损耗Si3N4光功率分束器

随着信息技术的发展,市场对于更小型化、更高效光器件的需求不断增加.采用互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)工艺,成功制备了Si_(3)N_(4)光功率分束器并对其进行测试.结果表明,在1550 nm波长下,边缘优化的1×8功率分束器的总损耗仅为1.30 dB,且其体积相较于传统设计可减小30%.本研究应用逆向优化算法,突破了传统设计仅能针对规则图形设计的限制,为实现小尺寸、低损耗的光功率分束器提供了一种可行途径.

大规模集成光学微腔传感研究进展(特邀)

近年来,集成光学微腔因其高灵敏度、高拓展性和高集成度在传感领域得到了广泛应用。利用低成本的互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的微纳加工工艺,集成光学微腔在实现大规模制备的小型化传感系统中具有显著潜力。然而,实现大规模传感阵列系统仍然面临着诸多挑战,包括传感通量不足、全集成难度大、封装和测试成本高等。这些挑战主要是由传感器的系统架构复杂、光谱利用率低、加工工艺成本高等各种因素导致。本文旨在阐述常见阵列传感架构设计、集成光学谐振微腔传感器基本单元(主要包括微环、缺陷型光子晶体以及Fabry-Pérot型光子晶体谐振腔结构)及其传感阵列应用工作的研究进展。此外,还探讨了传感阵列系统的可拓展性和优化方案,并对其未来的发展方向进行了展望。

基于光纤端面集成的液晶光束整形器件

光纤集成器件因其尺寸小、功能高度集成化等优点,近年来受到越来越多的关注。当前光纤集成器件通常由介质型或金属型微结构组成,其制备加工通常依赖于高精度的微纳加工技术,面临着成本高和工艺复杂等挑战。另外,静态、固定几何结构的光纤光学器件功能不可调,也在极大程度上限制了其应用范围。本文设计并验证了一种基于光纤端面集成的液晶光束整形器件。通过对单模光纤端面加工平行锚定和垂直锚定的液晶聚合物液滴,获得了可见光波段的光束整形器件。基于Q-张量模型和Rayleigh-Sommerfeld衍射理论,实现了具有特殊液晶指向矢排布的液晶聚合物液滴的模拟仿真。通过实验验证了不同锚定条件下液晶聚合物液滴的光学性能,实验结果与仿真结果基本吻合,证明了该液晶器件的光束整形能力。这种液晶器件为光纤光学器件的微型化与集成化提供了一种成本较低、高效便捷的全新途径。

一种基于多模干涉波导的超低尺寸波分复用器

波分复用/解复用器作为数据传输的核心器件,广泛应用于片上光互联网络中,其中最重要的指标就是器件的尺寸,插入损耗和串扰大小,为解决传统硅基阵列波导光栅尺寸较大,阵列波导光栅光强不均的问题,我们提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)的环形反射器辅助多模干涉波导的四通道波分复用器,可以实现不同通道的波长分离。其核心尺寸仅为10μm×34μm,最小相邻通道串扰为-14.42 dB。

基于相变材料的偏振分束器开关

光开关是光子集成电路中用于可重构光传输网络的重要部件之一,功能丰富,性能优异的光开关一直是重要的研究方向。本文提出了一种基于相变材料(PCM)的偏振分束器(PBS)光开关,器件由两个平行的直波导构成,其中一个硅波导中嵌入PCM,能实现当PCM在非晶态时,将输入的TE_(0)和TM_(0)分离。而在晶态时,入射光以较低损耗通过硅波导。该开关仅有14*4μm的紧凑尺寸,耦合长度仅为7.1μm,非晶态时,TM和TE偏振的ER分别高达19.9 dB和19.4 dB,IL分别低至0.2和0.1 dB。晶态时,TM_(0)和TE0直接通过Thru端口。TM_(0)和TE_(0)的插入损耗分别是0.6 dB和0.2 dB。

基于透明导电氧化物的小尺寸TE通起偏器

提出了一种紧凑的、宽带大、低损耗的TE通偏振器,利用覆在条形波导中心的透明导电氧化物(TCO)实现,并对其进行了详细分析。通过将这种TCO材料引入条形波导中,可以实现巨大的偏振依赖性,能够使得当前偏振器的长度大大降低。此外,应用顶部金属层来进一步提高偏振器的性能。结果表明,在1.55μm处,消光比为14.3 dB,插入损耗为0.58 dB。

积分球辐射光源照度均匀性研究

针对CCD等焦面阵列光电器件常被置于积分球辐射光源出口平面进行测试的误区,研究了积分球辐射光源照度分布的均匀性,得到了合理使用积分球光源测试光电器件的依据。基于数值解析方法和蒙特卡罗方法,建立了理想积分球辐射光源照度均匀性数学模型和非理想积分球辐射光源照度均匀性仿真模型,分析了与积分球光源出口不同距离处光电器件受光面上照度分布情况,并实验测试了两套积分球辐射光源照度分布情况,得到了与积分球辐射光源不同距离处光电器件受光面上照度均匀性分布规律。研究表明:当光电器件受光面直径小于积分球光源出口直径一半、光电器件和积分球出口之间的距离与积分球出口直径的比值在3至5之间时,可在光电器件受光面上获得均匀性优于99%的照度场。

键合型掺铒纳米晶-聚合物波导放大器的制备

为了克服主客掺杂型有源材料均匀性和稳定性差的问题,采用键合掺杂方法,将高温热解法制备的油酸修饰掺铒氟钇钠纳米晶粒与甲基丙烯酸甲酯发生共聚反应,形成键合型有源芯层材料。纳米晶粒均匀固定在聚合物分子链上,抑制了高浓度掺杂时的团聚析出且材料更稳定。纳米粒子在聚合物中的质量百分比达到约1wt%,具有良好的成膜性,用原子力显微镜照片观察薄膜表面粗糙度为1.76 nm。用椭偏仪测量薄膜光学性质,并用柯西色散模型拟合出薄膜折射率随波长的变化关系,材料在1550 nm信号光波长的折射率为1.485。设计嵌入式波导结构,采用有限元方法进行模式分析和计算光场强度分布。采用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀工艺制备凹槽形下包层,填充有源材料制备条形波导放大器。实验结果表明,当1550 nm信号光功率为0.1mW,1480 nm泵浦光功率为390 mW时,在1.2 cm长的样品中得到了3.58 d B的信号光相对增益。

精密光束偏离装置棱镜组件的光机热分析

以精密光束偏离装置的棱镜组件为有限元模型,进行了光机热集成分析·对棱镜组件的结构强度进行了校核,分析了机械载荷作用下的镜面变形;通过模态分析,给出了装置的动态特性和镜面面形振动幅值的变化情况;最后对棱镜的热弹性变形进行了分析,对棱镜的光学性能进行了评价·结果表明:棱镜组件的最大变形在10nm量级,最大应力为0.403MPa,应力和应变相对于结构的准确度要求和材料的许用应力具有较大的裕度;前后棱镜组件的固有频率都大于550Hz,装置具有良好的动态性能;通过对比棱镜在热-结构耦合分析和机械载荷下的分析结果,说明热效应对棱镜表面变形的影响远远大于机械载荷的影响·装置使用时必须采取严格的温控措施·

二氧化硅平面光波导器件的研究进展

二氧化硅平面光波导(PLC)器件以其低损耗、高工艺容差,以及与CMOS工艺兼容和与单模光纤模场匹配良好等优点,在光通信、光互连和集成光学中得到了广泛的应用。文章综述了二氧化硅平面光波导器件及其应用的进展,重点针对分束器、阵列波导光栅、可调光衰减器及其集成器件的最新研究进行了介绍,对未来发展趋势进行了展望。

铌酸锂干法刻蚀的研究进展

概述了近年来国内外对铌酸锂(LN)晶体干法刻蚀技术的研究进展。根据刻蚀原理和特点,现有的LN干法刻蚀技术可分为等离子体刻蚀、激光微加工技术和Ti扩散电化学刻蚀。对各刻蚀方法及其研究进展进行了总结,分析了不同干法刻蚀方法之间的区别和联系,并对各方法中存在的问题进行了探讨。其中等离子体刻蚀技术由于其良好的图形转移特性,得到了最广泛的应用;激光微加工技术在制备光子晶体结构和微光栅结构中具有独特的优势;Ti扩散电化学刻蚀LN为制备大尺寸的LN基结构指明了新的方向。

综合边缘和颜色特征的IC类贴装器件的检测

为了适应印刷电路板(PCB)上IC类贴装器件检测的实时性要求,提出了一种基于边缘积分投影和颜色统计特征的检测算法。分析了不同贴装质量的IC类器件在三色(红、绿、蓝)结构光下的特征,用Sobel算子提取图像的水平和垂直边缘,并对边缘做积分投影,从而避免了设置边缘阈值的困难。在此基础上,利用最大邻域梯度法和滑动定位窗算法定位引脚的水平和垂直边界,并检测缺件、错件、偏移、歪斜等缺陷,最后,引入HSI(色度、饱和度和亮度)空间的颜色统计特征,完成对翘脚、极性错误的检测。实验结果表明:该算法可有效地检测IC类器件常见的贴装缺陷,整体准确率为97.9%,检测单个IC器件的时间约为30 ms,能够满足在线检测系统高准确率和实时性的要求。

纯介质光子晶体非线性效应研究进展

如何在低阈值小尺度(毫瓦或皮焦量级、微米以下)情况下激发非线性光学效应是近年来光学领域研究的重要课题。该研究最直接的应用需求就是光子集成芯片,这是未来实现超高速、大容量信息网络体系的基础。光子晶体具有类似于半导体能带的光子禁带(PBG),被誉为"光子半导体",为人们提供了一种新颖而又实用的操纵光子的物理手段,使低阈值、可集成非线性效应产生成为可能。越来越多的非线性效应在光子晶体中已经被发现,例如光子晶体慢光、带隙孤子、电磁感应透明、二次谐波产生、光学双稳态等,本文将着重对可用于光子集成器件开发的光子晶体非线性效应研究领域的一些主要成果和进展进行总结,介绍其相关应用并对光子晶体非线性效应研究作出展望。

硅基光电集成材料及器件的研究进展

以硅基光电集成回路为主线,综述了不同的硅基光波导材料的制备技术和硅基光波导的制作工艺及其对光传输损耗的影响。分析了硅基光波导与锗硅光探测器集成用两种不同的耦合方式,阐明了波导与探测器集成的机理及设计理论基础。归纳出硅基键合激光器的四种技术方案,指出其共同优点是克服材料异质外延引起的晶格失配和热膨胀非共容,对实现OEIC行之有效。

基于闪耀光栅图形化实现高分辨率干涉光刻

为提高图形化干涉光刻质量,提出了基于闪耀光栅的图形化干涉光刻(PIIL)系统,并对该系统所采用的光学原理和实现方法进行了研究。首先,分析了图形化干涉光刻系统的光场特性,阐述了其分辨率提升的原理。讨论了光学系统带宽和图案分布对光刻图形质量的影响,给出了图形质量控制的工艺方法。其次,提出了一种新型的图形化干涉光刻方法,该方法采用闪耀光栅作为衍射分光器件,实现了位相和振幅的一体化调制。采用数值计算方法模拟了闪耀光栅的衍射特性和像面光场分布,讨论了闪耀光栅的优化设计方法,获得了高达92.3%的±1级衍射效率。最后,基于数字微镜器件(DMD)和微缩成像光路设计开发了图形化干涉光刻系统,实验获得了像素化的点阵图形和质量明显改善的光刻图像,验证了该方法对任意图形的适用性。

基于三波导定向耦合器的紧凑型偏振分束器的设计

为了提高偏振分束器的消光比,利用混合等离子体波导和条形介质波导之间的非对称定向耦合特性,设计了由两个尺寸不同的硅波导和一个中间输入混合等离子体波导组成的偏振分束器,采用三维时域有限差分法对偏振分束器的结构和性能进行优化。实验结果表明:混合等离子体波导中TE和TM模式的双折射率对比通过介质加载波导增强,可获得超紧凑的结构,实验耦合长度仅有4.6μm;在1.55μm的中心波长处,TE模式的偏振消光比为-38.9 dB,插入损耗为0.5 dB,TM模式的消光比为-34.7 dB,插入损耗为0.45 dB,设计的偏振分束器具有高消光比;在波导制作公差范围内,模式的插入损耗小于2.8 dB,消光比低于-22.5 dB。

Y分支平面波导型光分路器的研制

研制了Y分支平面波导型光分路器,采用半导体工艺制备了1×8平面光波导芯片,经过耦合对准和黏接完成了芯片的封装.对研制的平面波导型光分路器在1 270～1 570 nm波长范围内的插入损耗进行了测量,在该波长范围内插入损耗曲线较平坦.这表明平面波导型光分路器的插入损耗在所测试波段对波长不敏感,而熔融拉锥型光分路器的插入损耗曲线表现出明显的窗口限制.同时对1 310、1 550 nm处8个输出口的传输特性进行了表征,偏振相关损耗都小于0.05dB,而回波损耗均大于50 dB.结果表明,PLC光分路器具有良好的传输性能.