1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 北京大学 信息科学技术学院 电子学系 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京 100871
传统温度检测在传感精度和响应时间等方面存在一定局限性，而基于热光效应的芯片级光电传感器不仅能够提升测量灵敏度和速度，也有利于降低系统复杂度和制造成本，近年来引起了人们广泛的关注。目前的集成温度传感器大多通过测量光学谐振腔对宽谱光源或可调谐光源的光谱响应来提供精准快速的测量解决方案，但这种基于宽光谱检测的方案无法实现实时处理，且成本较高，信号后处理较复杂，难以实现系统的整体集成。本文针对以上问题，采用硅基集成微环阵列技术设计了快速高精度的温度测量方法，通过对不同温度下级联微环阵列对单频激光的不同响应，构建光电二极管输出响应与温度变化的单调关系，从而实现实时高精度温度测量。为了提升单频光下的温度传感范围，使用多微环级联结构，并基于该结构设计了一种包括光源、微环阵列、探测器阵列、信号后处理单元和输出数据单元的硅基集成温度传感系统。根据实际用途的不同，在保证低功耗低成本的同时，该系统可以通过分别对级联微环数量、中心谐振波长以及谐振峰半高宽的设计改变温度测量范围以及温度测量分辨率，拥有比较大的设计自由度以及灵活的测量范围。通过对微环阵列的优化设计，实现了响应范围覆盖−20~105 ℃、精度优于60 mK、响应时间优于20 μs的精准快速测量的温度传感。
集成光学 温度测量 微环阵列 集成传感器 integrated optics temperature measurement micro-ring array integrated sensor
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
3 中央民族大学 理学院, 北京 100081
4 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
5 西安空间无线电技术研究所, 陕西 西安 710100
硅-有机复合光子集成技术充分发挥了硅光的大规模集成优势和有机聚合物材料的高电光系数优势, 在高性能集成微波光子系统中极具应用潜力。本文对硅-有机复合集成电光调制器结构进行了较为全面地优化设计和初步制备研究。电光有机聚合物填充在硅Slot波导的狭缝中, 优化Slot波导结构得到光场限制因子为0.32, 使得光波场与射频电场高度重合, 提高了电光调制效率。采用锥型波导模式转换结构实现Strip-to-Slot的低损耗耦合, 耦合效率为99.55%。重点分析了电极长度、宽度等参数对调制器频率响应的影响, 优化得到3 dB带宽为77 GHz, 半波电压-长度积为0.045 V·cm。根据仿真结果设计了用于制备调制器的MASK。实验制备了Slot波导并进行了聚合物的填充实验研究, 获得了良好的结果。
电光调制器 硅-有机复合集成 Slot波导 Strip-to-Slot模式转换器 半波电压-长度积 electro-optic modulator silicon-organic hybrid integration slot waveguide strip-to-slot mode converter half-wave voltage-length product 光学 精密工程
2020, 28(10): 2138
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 大连工业大学 基础教学部, 辽宁 大连 116034
设计了在极近红外波段（890 nm）的聚合物基狭缝波导微环折射率传感器.分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响，以找到最佳的设计标准用于折射率传感.采用电子束光刻工艺制备了硅母版模，并用独特的氟化聚合物PFPE从硅母版模上成功制备了柔性软模具.采用紫外软压印工艺制备了聚合物基狭缝波导.波导的宽度和高度以及狭缝波导的宽度分别约为510 nm、830 nm和234 nm，聚合物狭缝波导残留层的厚度约为350 nm.制备的狭缝波导具有高的高宽比并与低成本批量生产工艺相兼容.
集成光学 狭缝波导 聚合物 光学传感 Integrated optics Slot waveguide Polymer Optical sensing
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 空间微波技术国家重点实验室，西安 710000
针对全双工通信系统设计了光子集成射频自干扰消除功能芯片.该芯片采用相位调制将射频信号转换至光域，在光域内进行光载射频信号的幅相调控以实现干扰对消功能.对功能芯片中主要功能单元进行优化设计后，延时调谐范围为0~10 ps, 30 GHz带宽内的延时抖动小于0.1 ps; 滤波响应阻带抑制度为36.5 dB，通带带宽为60.6 GHz，边沿陡峭度为9.2 dB/GHz.建立了光子集成芯片射频自干扰消除系统的理论模型，对功能芯片中可调光延时线、可调光衰减器及滤波器等引入的延时、幅度不匹配对系统消除性能的影响进行了仿真分析.结果表明，幅度失配量为0.02 dB时，2 GHz带宽信号下系统抑制度为-42.7 dB; 延时抖动为0.07 ps时，2 GHz带宽信号下系统的抑制度为-37 dB.研究结果可为光子集成射频干扰抑制功能芯片的研制提供参考.
微波光子集成 全双工通信 自干扰消除 Microwave photonic integration Full-duplex communications Self-interference cancellation 光子学报
2019, 48(11): 1148017
大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
提出了一种基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器.该光电振荡器将受激布里渊散射和耦合型双环结构相结合, 利用受激布里渊散射的窄带增益谱选择振荡频率, 实现微波信号的频率可调谐.通过耦合型双环结构, 有效地抑制了微波信号的边模, 降低了微波信号的相位噪声, 提高了微波信号的频率和功率稳定性.实验结果表明, 该结构的光电振荡器可以产生2 GHz到18 GHz的微波信号, 边模抑制比优于60 dB, 相位噪声在10 kHz频偏处低于-95 dBc/Hz, 在实验室环境下10 GHz微波信号30 min内频率漂移小于0.3 ppm, 功率漂移低于0.2 dB.
光电振荡器 受激布里渊散射 耦合型双环 边模 相位噪声 稳定性 Optoelectronic oscillator Stimulated Brillouin scattering Coupled dual-loop Side mode Phase noise Stability
大连理工大学 物理与光电工程学院， 辽宁 大连116024
提出了一种基于可调光延迟线的光子学微波频率测量方法。经同一微波信号调制的两个不同波长光载波在经过一段可调色散介质传输后，解调输出两路具有不同相位的微波信号，得到的相干微波功率随着色散量的改变出现周期性变化，由此周期可得到输入微波频率值。采用由8个磁光开关和1.6 km单模光纤构成的7-bit光纤延迟线实现色散量的调节。实验结果表明，在1～20 GHz范围内，测量精度达±40 MHz以内。系统的最小可测功率可达－20 dBm，测量动态范围达到了45 dB。
微波频率测量 光子学 光延迟线 动态范围 microwave frequency measurement photonic optic delay line dynamic range
大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
光纤通信具有广泛的空间应用前景, 若要采用地面上成熟的调制技术实现卫星内的光纤通信, 必须对器件及整个系统进行空间适应性分析。通过研究在不同剂量下辐射对器件及整个系统的影响, 在基于整个系统的基础上进行了模拟对比实验, 得到了不同器件在不同损伤条件下对系统的影响情况, 以及系统在综合损伤条件下的性能变化。结果表明, EDFA和LD在辐射损伤下对系统影响严重, 在高剂量辐射下需要对其采取防护措施。
光纤通信 空间环境 辐射 系统 optical fiber communication space environment radiation system
1 大连理工大学 物理与光电工程学院
2 光子技术研究中心,辽宁 大连 116024
3 大连理工大学 化工学院 高分子材料系
从波导微环谐振器的谐振方程出发,推导出了波导微环谐振器的无热化条件和谐振波长温度依赖特性表达式,分析了硅衬底PSQ聚合物波导微环谐振器滤波功能的温度特性.通过选择合适的聚合物衬底来取代传统的硅衬底,可极大地减小聚合物波导微环谐振器的温度敏感性,给出了聚合物衬底选择的方法.研究结果表明,所设计的全聚合物波导微环谐振器,在温度从20~65 ℃范围内谐振波长漂移量最大值为－0.008 5 nm,温度依赖波长漂移率最大值为－0.000 90 nm/K,实现了无热化.
聚合物波导微环谐振器 温度依赖性 无热化 热光系数 热膨胀系数 Polymer waveguide microring resonator Temperature dependence Athermalization Thermal optical coefficient Coefficient of thermal expansion
1 Photonics Research Center, School of Physics & Optoelectronic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, CHN
2 Lab of Information Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, CHN
3 School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, CHN
半导体光子学与技术
2008, 14(3): 158
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
2 中国科学院研究生院，北京 100039
采用AgNO3和KNO3混和熔盐作为离子交换源，在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器。利用ASE宽带光源和光谱仪对器件特性进行了测试，得到的该滤波器自由光谱范围为0．176nm。对比对Cr=4dB和3dB带宽δλ=0．13nm来说，耦合系数和传输损耗分别为κ=0．9和α=3．2dB／cm。测试了环形腔的热光调相特性，在16℃的变化范围内实现了2π的相移。通过分析，波导材料的热光系数约为1．49×10－5／℃。该滤波器不仅可用于滤波、传感等领域，而且也可与其它波导结构相结合实现新的功能。
集成光学 波导谐振腔 离子交换 热光效应 Integrated optics waveguide resonator ion-exchange thermo-optical effect
