检索结果-内蒙古大学图书馆

光学学报 2024年第13期44卷 88-94页

作者：雷思琛闫扣儿吴鹏飞王姣谭振坤杨霄鹏西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 陕西科技大学电子信息与人工智能学院陕西西安710021 西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西安市无线光通信与网络研究重点实验室陕西西安710048

轨道角动量复用是一种复用技术,可有效提高通信系统的信道容量。将携带轨道角动量的光场耦合到光子集成电路中,对后续信号集成化处理具有重要意义。提出一种支持高阶轨道角动量(OAM_(±1)、OAM_(±2)、OAM_(±3))耦合的模... 详细信息

轨道角动量复用是一种复用技术,可有效提高通信系统的信道容量。将携带轨道角动量的光场耦合到光子集成电路中,对后续信号集成化处理具有重要意义。提出一种支持高阶轨道角动量(OAM_(±1)、OAM_(±2)、OAM_(±3))耦合的模斑转换器,将光纤中生成的轨道角动量模式经模斑转换器耦合到光子芯片,结果表明:模斑转换器可以对OAM_(±1)、OAM_(±2)、OAM_(±3) 6种模式实现光场稳定传输并压缩,耦合效率分别为90.7%、88.4%和86%,输出模式的纯度分别为95%、99%和97%。

关键词：轨道角动量光纤光子集成电路光纤-芯片耦合模斑转换器

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平面锥形光波导模斑转换器的研究

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东南大学学报（自然科学版） 2003年第1期33卷 22-25页

作者：张夕飞肖金标朱建彬蔡纯丁东张明德孙小菡东南大学电子工程系南京210096

基于三维有限差分束传输法 (FD BPM)对平面光波导器件中的关键元件之一———平面锥形模斑转换器作了深入的研究 .对线性和数种非线性侧面边界的模斑转换器进行了数值仿真和对比 ,分析了平面锥形模斑转换器侧面边界函数对耦合损耗的影... 详细信息

基于三维有限差分束传输法 (FD BPM)对平面光波导器件中的关键元件之一———平面锥形模斑转换器作了深入的研究 .对线性和数种非线性侧面边界的模斑转换器进行了数值仿真和对比 ,分析了平面锥形模斑转换器侧面边界函数对耦合损耗的影响 ,以及模斑转换器中模场分布随传输距离的变化 .确定了不同长度的平面锥形模斑转换器的最佳侧面边界 ,指出长度在 2 0 0～1 0 0 0 μm范围内具有余弦边界的平面锥形模斑转换器性能最佳 .并且发现 ,光纤中的出射光进入模斑转换器以后 ,光波模式会逐渐发生变化。

关键词：平面锥形光波导平面光波导器件连接耦合模斑转换器三维有限差分束传输法模场分布

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高效铌酸锂薄膜波导模斑转换器设计

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红外与激光工程 2023年第9期52卷 273-281页

作者：丁国建王晓晖冯琦于萍贾海强陈弘汪洋松山湖材料实验室广东东莞523808 中国科学院物理研究所清洁能源重点实验室北京100190

铌酸锂薄膜光子集成技术在高速光电子领域不断凸显,被广泛用于各种片上功能实现,如电光调制、光频梳、滤波器、非线性光学频率转换器、非线性量子光源、激光器等。在铌酸锂薄膜光子集成技术发展过程中,目前面临的一个重要的技术瓶颈就... 详细信息

铌酸锂薄膜光子集成技术在高速光电子领域不断凸显,被广泛用于各种片上功能实现,如电光调制、光频梳、滤波器、非线性光学频率转换器、非线性量子光源、激光器等。在铌酸锂薄膜光子集成技术发展过程中,目前面临的一个重要的技术瓶颈就是铌酸锂薄膜纳米波导与单模光纤的高效耦合。针对这一问题,设计了一种基于SiO_(2)、SiON锥形结构以及双层铌酸锂锥形结构的模斑转换器,实现铌酸锂薄膜纳米波导与单模光纤之间模式和能量的高效传递与转换。采用三维有限差分光束传播法对器件结构进行了模拟仿真,并优化了结构参数,可实现与铌酸锂薄膜波导与单模光纤的高效耦合,耦合效率在82.2%~89.0%之间,同时,得到了±1.8μm光纤耦合对准容差,可为下一步制备出高效耦合的铌酸锂薄膜光子器件提供参考。

关键词：集成光学模斑转换器三维有限差分光束传播法铌酸锂薄膜耦合效率单模光纤

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楔形模斑转换器的工艺研究

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光子学报 2019年第6期48卷 77-83页

作者：王筱孙天玉房丹刘俊成唐吉龙方铉王登魁张宝顺魏志鹏长春理工大学理学院高功率半导体激光国家重点实验室长春130022 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所江苏苏州215123

采用步进投影式光刻机的步进原理控制曝光剂量,制备楔形模斑转换器.分析了不同曝光剂量对侧壁形貌的影响以及最佳的刻蚀参数.实验结果表明:最佳曝光时间为20ms/次,回流温度为160℃,时间为1min,当刻蚀气体及比例为SF6∶He=8∶80时,刻蚀... 详细信息

采用步进投影式光刻机的步进原理控制曝光剂量,制备楔形模斑转换器.分析了不同曝光剂量对侧壁形貌的影响以及最佳的刻蚀参数.实验结果表明:最佳曝光时间为20ms/次,回流温度为160℃,时间为1min,当刻蚀气体及比例为SF6∶He=8∶80时,刻蚀后得到满足需求的样品,且制备方式制作周期短,精度高,与电子束灰度曝光方法相比,具有高效率、低成本等优点.

关键词：楔形模斑转换器步进式曝光灰度刻蚀工艺

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半导体光电子器件和模斑转换器单片集成

半导体光电子器件和模斑转换器单片集成

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作者：邱伟彬中国科学院半导体研究所

学位级别：博士

该文从研究选择外延MOCVD生长InGaAsP体材料入手,系统研究了宽条(>15μm)选择性生长MOCVD的规律.研究了厚度增强因子随生长条件的变化.在一定的生长条件下,厚度增强因子随着介质掩模宽度的增加而线性增加.同时,在相同的介质掩模... 详细信息

该文从研究选择外延MOCVD生长InGaAsP体材料入手,系统研究了宽条(>15μm)选择性生长MOCVD的规律.研究了厚度增强因子随生长条件的变化.在一定的生长条件下,厚度增强因子随着介质掩模宽度的增加而线性增加.同时,在相同的介质掩模宽度下,厚度增强因子随着生长压力的增加而减少.InGaAsP的生长速率随着TMIn源流量的增加而增加,但是其厚度增强因子随着TMIn源流量的增加而减小.研究了选择外延MOCVD生长的InGaAsP材料中组份随着掩模宽度的变化规律.In组份随着掩模宽度的增加而增加,Ga组份随着掩模宽度的增加而减少.同时由于组份变化规律所引起的带隙波长、失配度随掩模宽度的变化规律,随着掩模宽度的增加,InGaAsP的带隙波长朝着长波方向移动,失配度朝着压应变方向移动.研究了选择外延MOCVD的表面迁移现象.指出V/Ⅲ比是控制表面尖角的主要原因.V/Ⅲ比大时,表面尖角不明显,V/Ⅲ比小时,表面尖角就比较明显.同时给出了上述的这些结论的合理解释.提出了一种自对准的选择外延对接方法.首先生长有源区的下限制层和量子阱层,保留了上限制层不长.然后再同时生长上模斑转换器和有源区的上限制层.这样既可以分别优化有源区和模斑转换器的材料,同时降低了对接生长的难度.根据所研究的选择外延MOCVD的结论,掩模宽度对选择生长的InGaAsP材料的晶体失配的调制,提出了一种对接方法的标准,保证在对接面的晶格常数与衬底的晶格常数一致,这样再反推出大面积生长材料的晶格常数,扫描电子显微镜和X射线双晶衍射的测试结果证实了我们的结论.

关键词：选择外延MOCVD 模斑转换器自对准对接 DFB激光器电吸收调制器

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三维脊型光波导模斑转换器的设计和优化

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计算物理 2005年第2期22卷 171-178页

作者：张夕飞肖金标蔡纯张明德孙小菡东南大学电子工程系江苏南京210096

　在三维有限差分束传播法对脊形光波导的结构参数分析和优化的基础上,对单模光纤和脊形光波导连接耦合用模斑转换器进行了深入的研究,重点分析了影响模斑转换器性能的各种因素,如侧面边界、长度、大端宽度和厚度,以及连接光纤和模斑转... 详细信息

　在三维有限差分束传播法对脊形光波导的结构参数分析和优化的基础上,对单模光纤和脊形光波导连接耦合用模斑转换器进行了深入的研究,重点分析了影响模斑转换器性能的各种因素,如侧面边界、长度、大端宽度和厚度,以及连接光纤和模斑转换器的过渡波导的有关参数.仿真结果表明,三维锥形光波导模斑转换器大端宽度和厚度在11 5～13 5μm和4 5～6 5μm之间,且长度为200～500μm时插入损耗可低达2dB,比二维锥形光波导模斑转换器的插入损耗约减小2dB,其对横向偏移的容差也远远高于二维锥形光波导模斑转换器,合理的使用非线性边界的模斑转换器可以获得比线性边界的模斑转换器更小的插入损耗;过渡波导的宽度、芯层厚度应和三维锥形光波导模斑转换器的大端宽度和厚度一致,且其长度为150μm左右时损耗较小;另外,此类模斑转换器在减小耦合损耗的同时,还可以有效的进行光波模式的转换.

关键词：模斑转换器脊型光波导优化脊形光波导设计三维有限差分插入损耗过渡波导非线性边界参数分析束传播法单模光纤仿真结果横向偏移耦合损耗厚度宽度锥形长度 500 连接减小二维容差

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宽带偏振不灵敏InGaAs光放大器及其模斑转换器集成

宽带偏振不灵敏InGaAs光放大器及其模斑转换器集成

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作者：王书荣中国科学院半导体研究所

学位级别：博士

半导体光放大器(SOA)将是未来全光网络中重要组件.相对于光纤放大器而言,它拥有体积小、功耗小、低成本和易于与其它光电子器件集成等优点.半导体光放大器不仅能对光信号进行直接放大,而且还能对光信号进行加工处理.该文以三元InGaAs为... 详细信息

半导体光放大器(SOA)将是未来全光网络中重要组件.相对于光纤放大器而言,它拥有体积小、功耗小、低成本和易于与其它光电子器件集成等优点.半导体光放大器不仅能对光信号进行直接放大,而且还能对光信号进行加工处理.该文以三元InGaAs为有源层,围绕研制宽带偏振不灵敏SOA、宽带宽光电子器件以及SOA和模斑转换器的集成,主要开展了以下几方面的工作:1.采用InGaAs体材料做有源层,研制了一种适合用于波长变换的偏振不灵敏的SOA,在200mA的注入电流下,对于1.55μm的信号光,获得了14dB的光纤到光纤的增益、3dBm的饱和输出功率和小于1dB的偏振灵敏度.2.采用张应变InGaAs薄有源区,成功制作了宽带偏振不灵敏的半导体光放大器.在100-300mA的工作电流下,获得了80-87nm宽的3dB光带宽和小于0.3dB的repple.在0—300mA的工作电流范围内和整个3dB宽的光带宽范围内,所制作的SOA获得了小于0.5dB的偏振灵敏度,在300mA的工作电流下,对于1.55μm的输入信号光,获得了11.5dB的光纤到光纤的增益、7.6dBm的饱和输出功率和和小于0.5dB的偏振灵敏度.3.首次设计并成功研制了一种taper有源结构的半导体光放大器.其水平方向的远场发散角由24°降低到8.5°,该结构的SOA,既能获的高的耦合效率,又能提供更好的饱和输出功率.4.首次提出采用三层压应变量子阱和三层张应变准体材料交替混合做有源区的方法,研制出具有大3dB增益带宽和能在大的工作电流范围内及整个3dB带宽范围内都能实现偏振不灵敏的SOA.在100~250毫安的工作电流范围内,放大器拥有大于70nm的3dB光宽带;而且在0~250毫安工作电流范围内和3dB光带宽波长范围内,其偏振灵敏度远小于1dB.对于1.55μm的信号光,在200毫安的注入电流下,获得了15.6dB的光纤到光纤的增益、小于0.7dB的偏振灵敏度和4.2dBm的饱和输出功率.5.首先提出了一种利用LP-MOVPE的方法生长一种渐变应变(带隙)三元InGaAs材料层,即在外延生长InGaAs层时,保持TMIn和AsH<,3>源的流量不变,仅让TMGa源量准线形变化即可实现.利用该方法生长的渐变带隙InGaAs做有源层,可制作宽带半导体光电子器件.6.首次成功制作对称渐变张应变InGaAs宽带超辐射发光管(SLD),对于腔长为800μm的SLD进行了测试,在200mA的直流工作下,获得了11.5mW的光输出功率和半高全宽为122nm宽的辐射谱.7.采用非对称InGaAs张、压应变量子阱交替排列生长混合的有源结构,制作了带宽偏振不灵敏的半导体光开关,在120mA的工作电流下,器件的3dB光带宽为102nm,在3dB带宽的波长范围内,器件的偏振灵敏度小于0.8dB,光纤到光纤的最高无损工作电流小于75mA,最低消光比大于50dB.8.采用自对接选择生长方法,研制了半导体光放大器和模斑转换器的单片集成器件:(SSC+SOA+SSC),器件的远场发散角由26°×42°变为18°×11°.相应的模式尺寸和理论耦合损耗分别为1.85μm×3.03μm和3dB.

关键词：半导体光放大器偏振不灵敏宽带宽光电子器件模斑转换器单片集成

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薄膜铌酸锂波导模斑转换器研究

薄膜铌酸锂波导模斑转换器研究

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作者：吴子静电子科技大学

学位级别：硕士

作为一种重要的光波导材料,铌酸锂（Li Nb O3）晶体以其优异的电光特性在电光调制器研究领域扮演着重要角色,基于铌酸锂晶体材料制作的相位、Y分支型及马赫-曾德尔型电光调制器已经成功实现商品化。然而,利用传统的钛扩散或退火质子交... 详细信息

作为一种重要的光波导材料,铌酸锂（Li Nb O3）晶体以其优异的电光特性在电光调制器研究领域扮演着重要角色,基于铌酸锂晶体材料制作的相位、Y分支型及马赫-曾德尔型电光调制器已经成功实现商品化。然而,利用传统的钛扩散或退火质子交换工艺制作的铌酸锂器件的波导折射率差较小,波导弯曲时损耗较大,为了降低损耗而采用较大的弯曲半径会导致器件的尺寸较大,难以实现高度集成。为了解决这个难题,科研人员针对铌酸锂薄膜材料进行了深入的研究。铌酸锂薄膜材料（Lithium niobate on insulator,LNOI）不仅具备铌酸锂晶体优异的电光特性,且用其制作的波导折射率差较大,器件能够以较小的半径弯曲,从而减小了器件的尺寸,有利于实现高度集成。然而,由于铌酸锂薄膜波导与标准单模光纤（Single mode fiber,SMF）的模场尺寸差异较大,导致耦合时会产生较大的端面耦合损耗,因此如何降低耦合损耗是铌酸锂薄膜器件领域亟待解决的问题。众多研究表明,解决这一难题的方案之一是在波导的输入/输出端使用模斑转换器。本文针对模斑转换器进行研究,提出并设计了三种结构的模斑转换器,分别为拓宽型、双锥型以及阶梯型。论文主要内容如下:首先探讨了铌酸锂薄膜波导模斑转换器的研究背景与意义,并介绍了国内外科研人员为降低端面耦合损耗所提出的一系列方案以及铌酸锂薄膜波导制作工艺的研究现状。其次简单介绍了研究工作涉及的光波导技术基本理论,包括如何使用有效折射率法对脊形波导进行分析,以及影响模斑转换器耦合损耗的主要因素等。在理论分析的基础上,通过仿真软件确定了三种模斑转换器对应的器件结构参数,并分别计算得到三种结构的理论耦合损耗值,仿真结果表明,三种模斑转换器均能在不同程度上降低波导与光纤之间的耦合损耗。之后在仿真参数的基础上进行了器件的制作与测试,测试结果表明,无模斑转换器时单个端面对TE和TM偏振光的耦合损耗分别为9.21 d B和9.08 d B,使用拓宽型模斑转换器时分别为6.08 d B和6.28 d B,使用双锥型模斑转换器时分别为3.88 d B和3.9 d B,二者均在不同程度上降低了耦合损耗,但是阶梯型模斑转换器由于损耗过大而未能达到预期效果。

关键词：光波导器件铌酸锂薄膜模斑转换器耦合损耗

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基于长周期光栅的模斑转换器研究

基于长周期光栅的模斑转换器研究

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作者：邓佳瑶电子科技大学

学位级别：硕士

目前全球信息技术空前活跃,在各种大数据应用的推动下,数据流量出现爆发式增长,必须不断提高光子集成技术才能满足市场对通信速率和带宽的高需求。虽然光子集成技术已经掀起了十几年的研究热潮,但是目前仍处于初级阶段,打破光子集成领... 详细信息

目前全球信息技术空前活跃,在各种大数据应用的推动下,数据流量出现爆发式增长,必须不断提高光子集成技术才能满足市场对通信速率和带宽的高需求。虽然光子集成技术已经掀起了十几年的研究热潮,但是目前仍处于初级阶段,打破光子集成领域的瓶颈,实现光子集成器件的创新势在必行。光子集成材料的种类丰富多样,主要包括铌酸锂（Li Nb O3,LN）薄膜、绝缘体上的硅（Silicon On Insulator,SOI）和氮化硅（Si3N4）薄膜等,它们具有折射率对比度高、波导弯曲半径小和传输损耗低等优势。通常,基于这些平台制作的波导的截面尺寸都属于纳米级别,远小于普通单模光纤的截面尺寸,这导致纳米波导模式的模场与光纤模式的模场严重失配,从而极大地增加光纤-纳米波导的耦合损耗。有效降低这种耦合损耗,是光子集成技术发展的必经之路。目前主流的解决方案包括边缘耦合器和垂直光栅耦合器,这些器件都存在一些难以解决的问题,比如光刻工艺精度要求严苛、制作工艺复杂和封装难度大等。针对这些问题本文提出了一种结构新颖的长周期光栅（Long Period Grating,LPG）模斑转换器。论文的主要工作如下:首先,介绍了研究光纤-纳米波导耦合器对光子集成发展的重要意义,然后介绍了边缘耦合器与垂直光栅耦合器在国内外的研究现状,然后在此基础上提出本文的长周期光栅模斑转换器。其次,介绍了与长周期光栅模斑转换器相关的理论知识,包括条形波导和脊形波导的理论分析、模式的对接耦合理论、长周期光栅的模式耦合理论和聚合物光波导的热光效应等。然后,结合理论知识和光学仿真软件对器件进行了数值分析,计算了氮化硅脊形波导和聚合物Epo Core包层条形的尺寸,以及长周期光栅的周期和长度等参数。模拟仿真了器件的光学传播特性,得到了器件沿传输方向的模场分布和透射光谱图。然后根据数值仿真结果,绘制了芯层波导、包层波导和长周期光栅掩模版。最后,介绍了器件制作的工艺流程,并对器件进行了通光和插入损耗测试。实验结果表明,长周期光栅的转换效率高达90%,长周期光栅模斑转换器可以将超高数值孔径光纤（Ultra-High Numerical Aperture Fiber,UHNAF）的LPx01模式与氮化硅脊形波导的Ex11模式之间的耦合效率提高约9.1%。

关键词：光子集成技术长周期光栅模斑转换器耦合损耗

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应用于氮化硅光子芯片的模斑转换器研究

应用于氮化硅光子芯片的模斑转换器研究

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作者：付鸿敏电子科技大学

学位级别：硕士

氮化硅（Si3N4）材料因其较宽的透明窗口和较低的温度敏感性,可实现高折射率差、低传输损耗的光波导等优点在集成光波导器件领域受到了广泛的重视。近年来,各种实验室原型的氮化硅光波导器件相继研制成功,推动着氮化硅光波导器件不断向... 详细信息

氮化硅（Si3N4）材料因其较宽的透明窗口和较低的温度敏感性,可实现高折射率差、低传输损耗的光波导等优点在集成光波导器件领域受到了广泛的重视。近年来,各种实验室原型的氮化硅光波导器件相继研制成功,推动着氮化硅光波导器件不断向实用化迈进。然而,通常氮化硅光波导的截面尺寸远小于普通单模光纤的截面尺寸,因此其在与单模光纤耦合时由于波导与光纤的模场失配导致的耦合损耗也较大,使得器件的性能不能得到充分发挥,阻碍了氮化硅光波导器件的实用化。目前,降低氮化硅光波导与光纤耦合损耗的两种主要方案分别是采用光栅耦合器与采用模斑转换器,这其中采用模斑转换器通常可实现较高的耦合效率、较大的工作带宽和较低的偏振依赖性。本文分别针对标准单模光纤及锥形单模光纤与氮化硅光波导耦合的两种情形,研究、设计并制作了应用于氮化硅光波导的模斑转换器,测试了相应的耦合效率,分析讨论了提升耦合效率的技术路线。论文的具体工作如下:首先,介绍了当前国内外有关模斑转换器的研究现状,说明了氮化硅光波导模斑转换器的研究意义。然后,针对模斑转换器的理论设计,介绍了相关理论知识,主要包括条形波导的模式求解、光纤与光波导的对接耦合理论、模斑转换器的基本原理以及器件测试的截断法。并采用理论分析与数值仿真相结合的方式,确定了应用于两种光纤耦合情形的模斑转换器设计思路,主要是在水平和竖直方向对氮化硅波导模场进行设计,并经多次仿真优化,初步确定器件参数。最后,针对模斑转换器的制作与性能测试展开研究。依次进行了制作工艺研究与设计,掩膜版设计、器件制作与测试、结果分析等。实验结果表明:氮化硅条形直波导与标准单模光纤的端面耦合损耗是14.98 d B,水平锥形Epo Core作为包层的氮化硅倒锥形模斑转换器能将该值降低为12.39 d B;氮化硅条形直波导与模场直径为3.2μm的锥形单模光纤的端面耦合损耗是6.82 d B,氮化硅正锥形阶梯波导模斑转换器能将该值降低为5.98 d B。这证明了所制作的氮化硅波导模斑转换器能有效提高与光纤的耦合效率。

关键词：集成光波导器件模斑转换器氮化硅光波导单模光纤锥形光纤耦合损耗

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