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基于Er^(3+)-Yb^(3+)共掺可溶性配合物的全聚合物光波导放大器

光电子．激光 2014年第3期25卷 442-446页

作者：丛隆元张琨鄂书林赵世民陈曦陈长鸣孙小强王菲张大明吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林长春130012 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

合成了一种新型Er3+-Yb3+共掺配合物Er1.2Yb0.8(PBa)6(Phen)2,在有机溶剂环戊酮中有具良好的溶解性,Er3+离子在材料中的质量百分比掺杂浓度可达10.8%。这种配合物可以直接旋涂成膜,用原子力显微镜(AFM)测得配合物薄膜表面粗糙度为0.745n... 详细信息

合成了一种新型Er3+-Yb3+共掺配合物Er1.2Yb0.8(PBa)6(Phen)2,在有机溶剂环戊酮中有具良好的溶解性,Er3+离子在材料中的质量百分比掺杂浓度可达10.8%。这种配合物可以直接旋涂成膜,用原子力显微镜(AFM)测得配合物薄膜表面粗糙度为0.745nm。荧光发射谱的测试表明,配合物的荧光半高宽(FWHM)为60nm。以PMMA基片为衬底,制备了稀土掺杂全聚合物光波导放大器,且当泵浦光波长为980nm、功率为200mW和信号光功率为0.2mW时,在3.2cm长的样品中获得了2.7dB@1 535nm的相对增益。

关键词： Er^3+-yb^3+共掺配合物全聚合物光波导放大器相对增益

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4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列的设计与制备

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中国光学 2014年第3期7卷 435-441页

作者：李浩宋玲玲张立钧王焕然李亮王菲衣云骥张大明吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林长春130012 吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林长春130012 中国电子科技集团公司第四十七研究所辽宁沈阳110032

设计并制备了一种高集成度、低成本、低损耗4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列。利用BPM软件对交叉结构光波导延迟线的Y分支的损耗、弯曲损耗进行数值模拟。综合考虑器件尺寸和损耗参数,设计交叉型延迟线结构的弯曲半径最小为1 500... 详细信息

设计并制备了一种高集成度、低成本、低损耗4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列。利用BPM软件对交叉结构光波导延迟线的Y分支的损耗、弯曲损耗进行数值模拟。综合考虑器件尺寸和损耗参数,设计交叉型延迟线结构的弯曲半径最小为1 500μm,引入优化的锥口Y分支结构和垂直相交波导结构。采用标准半导体制作工艺制备器件,测试得到了器件的红外输出光斑,延迟线延迟时间分别为0、113、226和339 ps。4通道二氧化硅延迟线阵列能实现相邻通道相等的延迟时间间隔,且可通过集成实现延迟时间的增加,同时输出端可以与光纤阵列集成。

关键词：光波导延迟线二氧化硅 Y分束器

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全聚合物热光波导开关阵列器件的研制

全聚合物热光波导开关阵列器件的研制

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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

作者：郑洋谷云龙牛小艳尹姣陈长鸣张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林大学电子科学与工程学院长春130012

本文利用有机材料PMMA基片作为衬底,研制了一种全聚合物热光波导开关阵列器件.在1550nm输入信号光下对器件进行测试.器件的消光比约为15dB,开关时间在毫秒量级.该器件具有性价比高,加工工艺简便等优点,易于实现芯片之间的集成化互连,在... 详细信息

本文利用有机材料PMMA基片作为衬底,研制了一种全聚合物热光波导开关阵列器件.在1550nm输入信号光下对器件进行测试.器件的消光比约为15dB,开关时间在毫秒量级.该器件具有性价比高,加工工艺简便等优点,易于实现芯片之间的集成化互连,在大规模集成光网络中具有广阔的应用前景. 采用光纤作为传输媒介的光通信技术是满足当前飞速增长的通讯和数据传输的必要手段。热光开关作为光纤通信系统的关键器件之一，在光信息处理过程中起着至关重要的作用。热光开关的原理是当波导温度变化时，波导的有效折射率发生变化。通常将器件设计成M-Z干涉计、多模干涉、定向藕合以及数字光开关等波导结构，使光相位的变化转变成光振幅的变化，从而实现光开关功能。目前大部分制备热光波导开关器件仍然采用硅/二氧化硅等无机材料作为衬底，而采用聚合物衬底制备的全聚合物器件与无机硅基器件相比，具有如下优势:聚合物基片造价非常低廉，能大幅度降低器件生产成本;有机衬底与聚合物波导的热光系数相近，可以有效地抑制器件的温度敏感性，同时降低波导的偏振相关损耗;全聚合物器件兼容性好，在结构上和功能上更易于实现集成，在塑料光纤通信领域具有十分广阔的应用前景。本文结合传统的硅基聚合物波导器件的制备工艺，研制了一种全聚合物热光波导开关阵列器件，采用新型加载型波导结构，将电极层制备在波导芯层的下面，这样更有利于降低功耗，并在精密微调测试系统上利用光纤直接祸合的方法对器件进行了测试，设定测试波长为1550nm，器件的消光比是15dB，开关时间在毫秒量级。该器件具有制备成本低廉、工艺过程简单、具有良好的柔性和可塑性等优势，可广泛用于大规模集成光网络，也可以将该结构与其它器件相结合，实现集成型的芯片。

关键词：热光波导开关全聚合物器件制备工艺兼容性

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低功耗聚合物MZI结构热光可变光衰减器研究

低功耗聚合物MZI结构热光可变光衰减器研究

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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

作者：孙静雯王希斌孙健曲禄成孙小强陈长鸣衣云骥王菲张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林大学电子科学与工程学院长春130012

本文设计并制作了一种基于Mach-Zehnder interferometer(MZI)结构的低功耗聚合物热光可变光衰减器(VOA).聚合物材料具有低热导系数和高热光系数的优点,可以有效降低热光器件的功耗.在Si衬底上,采用聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙... 详细信息

本文设计并制作了一种基于Mach-Zehnder interferometer(MZI)结构的低功耗聚合物热光可变光衰减器(VOA).聚合物材料具有低热导系数和高热光系数的优点,可以有效降低热光器件的功耗.在Si衬底上,采用聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物P(MMA-GMA)作为波导的上/下包层,SU-8 2005紫外固化胶作为波导芯层,设计了VOA器件结构,并对光场和热场进行了模拟,采用传统半导体工艺完成了VOA器件的制备,器件的测试结果表明,在1550nm工作波长下,VOA器件的插入损耗为16dB,器件衰减达到20dB时的驱动功率仅为6.95mW,在1520～1580nm波长范围内光谱的变化为±2.5dB. 本文设计并制作了一种基于MZI结构的聚合物热光VOA器件。使用SU-8 2005和P(MMA-GMA)两种聚合物材料，采用ICP刻蚀的方法，制作出脊型波导结构，使光场很好的限制在了波导芯层。对制作的VOA器件进行了测试分析，在1550nm工作波长下，当器件的最大衰减为20dB时，器件的驱动功率仅为6.95mW。在1520nm-1580nm波长范围内VOA器件的衰减变化仅为±2.5dB。本文采用聚合物材料设计并制备的MZI结构的VOA器件可实现20dB的衰减，有效地降低了器件的功耗，并具有较好的波长稳定性，这种低功耗的聚合物VOA器件在光通信网络中将具有很好的应用前景。

关键词：可变光衰减器低功耗聚合物热光系数制备工艺

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热诱导复合功能材料光波导衰减器的研制

热诱导复合功能材料光波导衰减器的研制

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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

作者：谷云龙郑洋牛小艳陈长鸣张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林大学电子科学与工程学院长春130012

本文采用自主合成的新型有机-无机复合材料,通过金电极的热场诱导作用在二氧化硅/复合材料导光层构上,直接形成光波导功率衰减器.实验中对复合材料的热稳定性进行了表征,分析了折射率随温度的变化趋势,并在1550nm输入信号光下对器件的... 详细信息

本文采用自主合成的新型有机-无机复合材料,通过金电极的热场诱导作用在二氧化硅/复合材料导光层构上,直接形成光波导功率衰减器.实验中对复合材料的热稳定性进行了表征,分析了折射率随温度的变化趋势,并在1550nm输入信号光下对器件的光学性能进行了测试.驱动电压5V,驱动功率50mW,获得芯片的消光比约为6dB.此技术适用于功能集成化光子器件的开发,在光学片上光互连领域具有很好的应用前景. 本文使用实验室自主配置的复合材料制备了一种热诱导复合材料光功率衰减器件，实现了电信号对光信号的控制，器件性能良好，成本低廉，工艺简单，在精密微调测试系统上利用光纤直接祸合的方法对器件进行了测试，设定测试波长为1550nm，器件的消光比是6dB。这种热诱导复合材料光功率衰减器件在对于热光开关大规模器件的集成，乃至传感方向上都有着良好的应用前景。

关键词：光波导衰减器热场诱导制备工艺复合功能材料

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等离子体波导结构连续性对光损耗特性影响研究

等离子体波导结构连续性对光损耗特性影响研究

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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

作者：刘通谢莹赵旭亮孙小强张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林大学电子科学与工程学院长春130012

长周期表面等离子体波导(LRSPP)调制器/开关中,金属需同时传输光信号和电信号.为确定金属薄膜中不连续性结构对LRSPP波导光损耗的影响,本文采用硅作为衬底,聚合物作为包层,通过紫外光刻和湿法腐蚀工艺制备了具有不同间隙宽度和长度的对... 详细信息

长周期表面等离子体波导(LRSPP)调制器/开关中,金属需同时传输光信号和电信号.为确定金属薄膜中不连续性结构对LRSPP波导光损耗的影响,本文采用硅作为衬底,聚合物作为包层,通过紫外光刻和湿法腐蚀工艺制备了具有不同间隙宽度和长度的对称型LRSPP波导.通过单模光纤激发等离子波,在1550nm波长下对波导光插入损耗的测试结果表明,当LRSPP波导间隙宽度小于10μm时,波导结构的不连续性对3μm宽LRSPP波导光插入损耗无明显影响.上述结果对有源LRSPP波导的设计与制备具有一定的参考价值.

关键词：等离子体波导不连续性结构光损耗特性金属薄膜

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激光加工技术在聚合物平面光波导芯片上的应用

激光加工技术在聚合物平面光波导芯片上的应用

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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

作者：王焕然刘豫姬兰婷陈仁芳衣云骥王菲张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林大学电子科学与工程学院长春130012

平面光波导器件以其体积小、易于大规模生产、成本低等优点,成为无源光通信器件的发展方向.光通信领域的不断发展,对平板波导芯片的需求不断增加,激光技术的应用简化了光电子器件的传统制作工艺.本文研究激光加工技术在聚合物平面光波... 详细信息

平面光波导器件以其体积小、易于大规模生产、成本低等优点,成为无源光通信器件的发展方向.光通信领域的不断发展,对平板波导芯片的需求不断增加,激光技术的应用简化了光电子器件的传统制作工艺.本文研究激光加工技术在聚合物平面光波导芯片上的应用.主要可分为三方面:制作微流控通道;制作聚合物光波导;芯片端面解理.在此基础上,研究了激光刻蚀的槽的理想条件:速度10mm/s,功率0.5W. 光波导(optical waveguide)由光透明介质构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。光波导是光学系统小型化、集成化、固体化需求下的产物。传统制作光波导器件的方法有:光刻、刻蚀(RIE, ICP)、压印等，高效、快速的制作工艺成为了新时代的需求。激光写入技术具有高精度，高效率，工艺简单，成本低等优点。光波导与微流控集成技术是未来研究的热点。微流控传感芯片是一种微型化的系统，它以微流体通道为主要组成部分，通过在微通道内注入的液体进行感知环境中一些参数的变化，从而使微通道内液体的特征参数发生变化，达到感知环境变化的目的。迄今为止，越来越多的行业开始应用微流控芯片，进一步研究加工微流控芯片的技术，将会对越来越多的行业产生深远的影响。本论文研究了用CO2激光直写法加工聚合物微流控芯片的工艺过程。同时分析了芯片端面的处理方法，对于聚合物PMMA基片，使用激光切割，可以简单方便的操控解理位置，以及聚合物PMMA基片的切割形状。

关键词：平面光波导芯片激光加工技术微流控通道制备工艺

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基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶的0.54μm波段聚合物光波导放大器的增益特性分析

基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶的0.54μm波段聚合物光波导放大器的增...

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第十届全国塑料光纤聚合物光子学会议

作者：尹姣张美玲郑洋王希斌王菲张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林大学电子科学与工程学院长春130012

本文通过理论模拟和计算对基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶的聚合物波导放大器在0.54μm处的增益特性进行了研究.所采用的芯层材料是NaYF4:20％Yb3+,10％Er3+纳米粒子掺杂的SU-8 2005聚合物.通过记录和分析纳米粒子的吸收光谱和荧光光谱,利用... 详细信息

本文通过理论模拟和计算对基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶的聚合物波导放大器在0.54μm处的增益特性进行了研究.所采用的芯层材料是NaYF4:20％Yb3+,10％Er3+纳米粒子掺杂的SU-8 2005聚合物.通过记录和分析纳米粒子的吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt理论计算出了Judd-Ofelt参数:Ω2=6.302×10-20cm2,Ω4=0.69×10-20cm2,Ω6=7.572×10-20cm2.之后结合原子速率方程与传输方程模拟了波导放大器在0.54μm处的增益特性.得到的增益曲线具有饱和效应,当波导长度为5cm,Er3+离子浓度5×1025m-3时获得的最大增益为3.3dB. 掺饵光纤放大器(EDFA)在长距离光通信系统中占有重要地位，由于Er3+的能级4I13/2→4I15/2的跃迁所对应的波长(1.53μm)恰好与光纤低损耗窗口相匹配。然而相比于EDFA，掺饵光波导放大器(EDWA)具有尺寸小并且利于与其他光学器件集成的优势。近年来，可见光通信技术发展迅速。与目前使用的无线局域网相比，可见光通信系统可利用室内照明设备代替无线局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆。它还可以为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。在这样一个短距离光通信系统中，光波导放大器必不可少。近年来，对可见光光纤放大器已有一些报道。与无机EDWA相比，以聚合物材料为基质的EDWA具有工艺简单、成本低廉、易于与其他器件集成等优点，具有很好的发展前景。然而，由于Er3+离子是无机离子，在聚合物中的溶解度较低。为了解决这个问题，合成了一种NaYF4:Yb3+,Er3+纳米粒子掺杂到SU-8 2005聚合物基质中作为波导的芯层材料。本文对基于NaYF4:Yb3+,Er3+纳米粒子掺杂的聚合物EDWA在0.54μm处的增益特性进行了模拟分析，讨论了Er3+离子掺杂浓度，重叠积分因子和信号光功率对增益的影响，模拟结果表明，通过优化参数可以在波导中实现对0.54μm波长的光放大作用。

关键词：聚合物光波导放大器芯层材料纳米粒子增益特性参数优化

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650 nm可见光波段全复合材料热光开关

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中国激光 2013年第9期40卷 147-151页

作者：张海鑫王雷牛小艳孙小强王菲陈长鸣张大明吉林大学电子科学与工程学院、集成光电子学国家重点联合实验室、吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林长春130012

提出并设计了650nm波段的全复合材料倒脊型马赫-曾德尔热光开关,优化了该热光开关的主要参数,并利用COMSOL和Rsoft软件对器件传输效果进行了理论模拟。该有机-无机复合材料为实验室自主合成。由于材料主体为Si-O-Ti刚性无机骨架,热稳定... 详细信息

提出并设计了650nm波段的全复合材料倒脊型马赫-曾德尔热光开关,优化了该热光开关的主要参数,并利用COMSOL和Rsoft软件对器件传输效果进行了理论模拟。该有机-无机复合材料为实验室自主合成。由于材料主体为Si-O-Ti刚性无机骨架,热稳定性效果得到提高,并具有较高的热光系数。改变材料中Ti的含量以改变材料的折射率,制得两种不同折射率的该材料,分别作为芯和包层。该材料具有好的成膜特性和可加工性,制作工艺简单。该器件损耗低,并且具有潜在的传感应用。对制作的热光开关进行了测试,得到了良好的近场输出光斑,插入损耗6.5dB,传输损耗0.85dB/cm,上升时间为190μs,下降时间为350μs,消光比8.5dB。该热光开关在塑料光纤传输系统中具有广阔的应用前景。

关键词：光学器件可见光信号有机-无机复合材料倒脊型光波导热光开关

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650nm波长有机-无机接枝改性聚甲基丙烯酸甲酯全聚合物热光波导开关

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光学学报 2013年第10期33卷 204-208页

作者：牛小艳韩超王雷张海鑫蒋松段宁王菲陈长鸣张大明吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室吉林长春130012

合成了一种新型有机-无机接枝改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,基于材料良好的热稳定性以及光学特性,研制出一种工作于可见光650nm波段的全聚合物热光开关芯片。芯片设计采用倒脊型波导结构,可有效地实现红光信号的单模传输。在650nm波... 详细信息

合成了一种新型有机-无机接枝改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,基于材料良好的热稳定性以及光学特性,研制出一种工作于可见光650nm波段的全聚合物热光开关芯片。芯片设计采用倒脊型波导结构,可有效地实现红光信号的单模传输。在650nm波长下应用塑料光纤对热光开关进行测试,得到平均开关时间约为600μs,消光比为8.2dB,驱动功率为22.6mW。该器件可广泛用于高密度光集成系统,可见光通信及生化传感等领域。

关键词：光学器件有机-无机接枝改性材料热光波导开关全聚合物

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