基于亚波长光栅辅助定向耦合器的集成铌酸锂偏振分束器

绝缘体上铌酸锂(LNOI)是实现高速光子集成回路(PICs)的理想平台。通过充分利用铌酸锂(LN)的优势,LNOI平台能够实现高速电光和高效非线性光学集成器件。偏振分束器(PBS)作为分离和组合两种正交偏振光模式的关键无源器件之一,在实现片上偏振复用系统并提升光通信系统数据传输容量方面发挥着至关重要的作用。近年来,基于不同结构的PBS已经被成功实现,其中,基于亚波长光栅辅助定向耦合结构的PBS表现出优异的器件性能和紧凑的器件尺寸。本文基于氮化硅-铌酸锂异质集成的间接刻蚀方案,实现了一种亚波长光栅辅助定向耦合结构的高性能PBS。仿真结果表明,当波长在1500~1600 nm时,器件的偏振消光比均大于24.49 dB。实验数据进一步证实,当波长在1500~1580 nm时,器件偏振消光比均大于18.06 dB。

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.

低半波电压铌酸锂薄膜电光调制器仿真与分析

针对铌酸锂薄膜Mach-Zehnder电光调制器存在半波电压较大的问题,采用有限元法对方向耦合器耦合模理论进行分析,并对电光调制器的关键结构参数进行优化设计。结果表明:两干涉臂光功率差与波导耦合长度呈正弦函数分布,最小波导耦合长度随耦合间距的增大而增大。在调制臂长度为2 cm,光波长为1550 nm时,仿真计算的半波电压值Vπ为0.9 V,半波电压长度积为1.8 V·cm,消光比达到26 dB。通过调制臂截面分析,得到静电场分量Ex,电位移矢量Dx,以及光模分布,并计算出电光重叠积分因子Γ为0.586。基于上述仿真结果,与以往现有的电光调制器的半波电压(1.4~10.2 V)相比,经优化后的电光调制器的半波电压更低,进而使器件的功耗更低,有利于大规模光电集成。

1.3μm钛扩散铌酸锂无间距方向耦合器

研制成功工作波长为1.3μm的钛扩散铌酸锂无间距方向耦合器,其ON/OFF比大于17dB,开关电压小于23V,器件电极电容6pf,理论带宽大于1GHz。