1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100083
设计并制作了硅基二氧化硅波导阵列相控芯片, 该芯片由分束单元、相位调制单元、输出波导阵列三部分构成, 分束单元采用三级1×2的光分束器级联而成, 相位调制单元采用热光调制方式, 输出部分包含8根密集阵列波导.8根波导输出的光在远场发生干涉, 形成扫描光束, 加电后通过二氧化硅热光效应, 折射率变化0.027%(0.000 4)时, 扫描光束偏转5.5°.该波导相控阵列采用2.0%超高折射率差的硅基二氧化硅波导为材料, 经等离子体增强化学气相沉积法进行材料生长及退火, 再经电感耦合等离子体干法刻蚀技术进行刻蚀, 最后切割抛光制作而成.测试结果表明, 静态下该芯片8条输出阵列波导形成清晰干涉光斑, 在电压达到130 V时, 热调制相位后, 光斑移动5.5°.
光子器件 光学相控阵 硅基二氧化硅 热光调制 不等间距波导 Photonic devices Optical phased array Silica on silicon Thermo-optic modulation Unequal spacing waveguide
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
A 25-channel 200 GHz arrayed waveguide grating (AWG) based on Si nanowire waveguides is designed, simulated and fabricated. Transfer function method is used in the simulation and error analysis of AWG with width fluctuations. The 25-channel 200 GHz AWG exhibits central channel insertion loss of 6.7 dB, crosstalk of ?13 dB, and central wavelength of 1 560.55 nm. The error analysis can explain the experimental results of 25-channel 200 GHz AWG well. By using deep ultraviolet lithography (DUV) and inductively coupled plasma etching (ICP) technologies, the devices are fabricated on silicon- on-insulator (SOI) substrate.
光电子快报（英文版）
2017, 13(4): 241
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083,China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
A 45-channel 100 GHz arrayed waveguide grating (AWG) based on Si nanowire waveguides is designed, simulated and fabricated. Transfer function method is used in the spectrum simulation. The simulated results show that the central wavelength and channel spacing are 1 562.1 nm and 0.8 nm, respectively, which are in accord with the designed values, and the crosstalk is about ?23 dB. The device is fabricated on silicon-on-insulator (SOI) substrate by deep ultraviolet lithography (DUV) and inductively coupled plasma (ICP) etching technologies. The 45-channel 100 GHz AWG exhibits insertion loss of 6.5 dB and crosstalk of -8 dB.
光电子快报（英文版）
2017, 13(3): 161
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
设计并制作了一款应用于IEEE 200/400 GbE标准802.3 bs的阵列波导光栅.该阵列波导光栅使用2.0%的超高折射率差硅基二氧化硅材料，使得芯片尺寸及损耗较小.为了获得平坦化的接收光谱，将输出波导进行展宽，采用多模波导结构，激发若干个高阶模，数个模式叠加使得原本高斯状的光谱顶部产生平坦化，形成箱形接收光谱.设计的阵列波导光栅的中心波长为1 291.10 nm，通道间隔为800 GHz，芯片尺寸为11 mm×4 mm.经过等离子增强化学气相沉积和感应耦合等离子刻蚀工艺制备了芯片，测试结果表明最小的插入损耗为－3.3 dB，相邻通道间串扰小于－20 dB，单通道1 dB带宽在2.12~3.06 nm范围，实现了良好的解复用和平坦化效果，在实际光通信系统中有一定的实用价值.
阵列波导光栅 波分复用 光子器件 平坦光谱响应 光通信 Arrayed waveguide gratings Wavelength division multiplexing Photonic devices Flat spectral response Optical communication
中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
设计了一种基于绝缘上层硅的硅-有机物材料混合马赫-曾德干涉型高速电光调制器.利用光束传播法对顶层硅为220 nm的绝缘上层硅基片上的3 dB分束器/合束器的结构参数进行模拟,优化后附加损耗仅为0.106 dB.为提高模式转换效率, 在条形波导和slot波导之间设计了模式转换器, 光耦合效率高达98.8%, 实现了光模式高效转化.利用时域有限差分法模拟了slot波导平板区掺杂浓度对波导内光学损耗的影响, 在几乎不产生光学损耗的情况下, 得到平板区轻掺杂浓度为71017/cm3, 调制器设计总损耗为0.493 dB.利用薄膜模式匹配法对slot波导结构进行仿真分析, 考虑slot区等效电容及平板区等效电阻对带宽的影响, 优化后得到slot波导结构的限制因子为0.199.采用slot波导与强非线性有机材料LXM1结合的绝缘上层硅平台实现了强普克尔效应, 得到电光调制器半波电压长度积为1.544 V·mm, 电学响应3 dB带宽为137 GHz.
硅-有机物材料混合 槽式波导 电光调制器 马赫曾德干涉 模式转换器 Silicon-organic hybrid Slot waveguide Electro-optic modulator Mach-Zahnder interference Mode converter
中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺，研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右，波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明，波导宽度为450 nm时器件性能最为理想，其自由频谱宽度为16.8 nm，1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制，在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性，热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器，实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰，主要是不同信道之间的串扰，尤其在信号上载时，会在相邻信道产生较大串扰.
绝缘硅 微环谐振 热光效应 滤波器 串扰 Silicon On Insulator(SOI) Microring resonator Thermo-optic effect Filters Crosstalk
中国科学院半导体研究所 光电研发中心，北京 100083
采用硅基二氧化硅阵列波导光栅设计并制作了宽带低串扰单纤三向器.为使三个波长间隔相差较大的输出谱获得相同的带宽，在输出波导与罗兰圆交界采用了不同结构的多模干涉器.二维有限差分束传播法的模拟结果表明，理论上1 310 nm、1 490 nm和1 550 nm波长的3 dB带宽分别达到23 nm、23.5 nm和25 nm，插入损耗均为4 dB，1 310 nm波长的串扰小于-40 dB，1 490 nm与1 550 nm波长间串扰小于-40 dB；采用宽带光源测试结果表明，1 550 nm波长的3 dB带宽为23 nm，采用三个独立窄带光源测试结果表明，三个波长的插入损耗均为7 dB，1 310 nm波长的串扰小于-40 dB，1 490 nm与1 550 nm波长间的串扰小于-39 dB，测试与模拟结果基本一致.
集成光学 单纤三向器 平面光波导 阵列波导光栅 多模干涉器 光纤到户 Integrated optics Triplexer Planar lightwave circuit(PLC) Arrayed waveguide gratings (AWGs) Multimode interferences (MMIs) Fiber-to-the-home(FTTH)
