1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 00083,China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering，University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
提出了一种基于平面光波导工艺的带有可调定向耦合器的非对称MZI结构.模拟结果显示，当定向耦合器的两个耦合臂的折射率独立改变时，定向耦合器的调制效果较好；当调制电极与耦合区的波导间距为0时，两个耦合臂的温度差达到最大.测试得到，AMZI的插入损耗为2.05 dB，延迟时间为151.4 ps，脉冲对的功率比近似为1.该器件有助于提高集成QKD器件的性能.
非对称MZI干涉仪 热场模拟 量子密钥分发 asymmetric Mach-Zehnder interferometer thermal field simulation quantum key distribution
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
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 河南仕佳光子科技有限公司, 河南 鹤壁 458030
阵列波导光栅的平坦化在实际应用中有很重要的意义.本文系统地研究了阵列波导光栅的平坦化.在输入波导、输出波导、阵列波导输入端与输出端上分别引入了指数型锥形波导.通过改变锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化的优化.本文首先从理论上论述了引入指数型锥形波导的输出光谱特性, 给出了结构参量的关系表达式, 阐明了输入波导处的锥形波导是影响输出光谱平坦化的主要因素, 阵列波导和输出波导处的锥形波导对输出光谱的平坦化有一定的影响.其次采用数值模拟的方法模拟了输出光谱, 优化了结构参量, 总结出了指数型锥形波导对平坦化影响的趋势和规律.模拟结果显示, 输出光谱1 dB带宽大于通道间隔的50%, 插入损耗从5.2 dB减小到了4.0 dB, 串扰小于-30 dB.最后, 本文给出了实验结果, 插入损耗减小了0.87 dB, 串扰减小了3.67 dB, 1 dB带宽增加0.1 nm, 增加了54.7%.实验结果表明引入指数型锥形波导提高了阵列波导光栅器件的光谱性能.
阵列波导光栅 平坦化 锥形波导 有限差分光束传播法 1 dB带宽 Arrayed waveguide grating Flat spectral response Taper waveguides Finite difference beam propagation method 1 dB passband width
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 河南仕佳光子科技有限公司, 河南 鹤壁 458030
设计和优化了一种新型低损耗、低偏振的基于二氧化硅的特种非对称1×5光分路器.在设计Y分支结构时, 输入端采用缓变展宽波导结构和直波导过渡波导相结合的结构, 此结构可以使输入光场缓慢展宽, 进行分束前的准备, 大大减小分支结构的辐射损耗和模式转换损耗.非对称1×5光分路器第一个端口输出功率占50%, 第二至五端口输出功率占50%.利用三维光束传播法模拟和优化了特种非对称1×5光分路器, 模拟结果表明, 该结构具有均匀性好、器件尺寸小、低损耗和低偏振等优点, 1×5光分路器在1 250~1 650 nm波长范围内, 第一个输出端口附加损耗小于0.07 dB, 均匀性小于0.023 dB, 偏振相关损耗小于0.009 dB, 第二到五端口附加损耗小于0.45 dB, 均匀性小于0.41 dB, 偏振相关损耗小于0.06 dB.
缓变展宽 1×5光分路器 非对称 光束传播法 Gradually broadening 1×5 optical power splitter Asymmetric Beam propagation method
