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 中国科学院微电子研究所，北京 100029
对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究，构建调制器的波导电极结构模型，分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化，完成调制器芯片的设计与制备，研究电光聚合物材料的片上极化工艺，得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S（Scatter）参数进行测试，分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。
集成光学 电光调制器 硅-有机复合集成 行波电极 3 dB带宽 光学学报
2023, 43(23): 2313002
Author Affiliations
Abstract
School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
Radio frequency (RF) self-interference is a key issue for the application of in-band full-duplex communication in beyond fifth generation and sixth generation communications. Compared with electronic technology, photonic technology has the advantages of wide bandwidth and high tuning precision, exhibiting great potential to realize high interference cancellation depth over broad band. In this paper, a comprehensive overview of photonic enabled RF self-interference cancellation (SIC) is presented. The operation principle of photonic RF SIC is introduced, and the advances in implementing photonic RF SIC according to the realization mechanism of phase reversal are summarized. For further realistic applications, the multipath RF SIC and the integrated photonic RF SIC are also surveyed. Finally, the challenges and opportunities of photonic RF SIC technology are discussed.
in-band full-duplex radio frequency self-interference cancellation microwave photonics Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 073901
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 物理学院，辽宁 大连 116024
根据严格耦合波理论(RCWA)，提出了一种基于亚波长的双导模共振(GMR)光栅透射型滤波器的结构设计，其工作原理是利用对称式双GMR光栅将电磁能量全部集中在结构的波导层中，从而产生高效的共振峰。利用两个单GMR光栅串联，光栅间分别为无空气间隙和间隔2.13 ?滋m空气层两种结构。仿真结果表明，无空气间隙的双GMR光栅串联结构可实现在波长1 550 nm处的滤波，其峰值透射率约为100%，半峰宽(FWHM)可达0.012 nm；有空气间隙双GMR光栅串联结构将GMR与法布里-珀罗共振(FPR)相结合，在共振波长1 550 nm处的峰值透射率约为100%，FWHM为0.15 nm，并获得了平顶滤波曲线，平坦度约为0.1 dB，上述两种结构滤波器可用于光信息处理与光传感等领域。
亚波长结构 导模共振光栅 透射滤波器 超窄带光滤波器 sub-wavelength structure guided-mode resonant grating transmission filter ultra-narrow band optical filter 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200134
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
基于狭缝波导结构, 设计了工作波长在890 nm的聚合物基微环。从折射率传感的角度详细分析了狭缝波导的模场特性。分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响。传统的狭缝波导具有较高的弯曲损耗, 这会影响微环谐振器的品质因子Q以及消光比。设计了非对称的狭缝结构, 保证波导模式位于波导中央传输, 降低弯曲损耗。为了条形波导与狭缝波导更好的耦合, 设计了基于多模干涉结构的条形-狭缝波导模式转换器。仿真表明设计的微环谐振器的传感灵敏度达到109 nm/RIU。
集成光学 狭缝波导 聚合物微环 光学传感 integrated optics slot waveguide polymeric microring optical sensing 红外与激光工程
2020, 49(1): 0118001
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
大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
设计了面向Ka频段(30 GHz)相控阵天线的4阵元子阵集成波导光延时网络。该光延时网络采用相位调制方式将射频信号转换至光域,波导微环处于反谐振状态,以实现大带宽、连续可调延时;通过带通滤波仅对一个边带进行延时调控,基于差分平衡探测器还原出射频信号。优化设计了级联双波导微环的结构参数,使每条路径的延时量在0~24.9 ps范围内连续可调,延时带宽大于4 GHz,实现了最大扫描角为±30°的波束扫描。对光延时网络链路的增益和噪声系数进行了推导分析,评估了整个延时芯片系统在实际应用中的性能。
集成光学 光控波束 光延时线 波导微环 反谐振
1 大连理工大学物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
2 中国电子科技集团第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
3 大连理工大学化工学院, 辽宁 大连 116024
Slot结构在提高集成波导光学传感器灵敏度和降低探测极限值方面具有极大的优势。对基于Slot结构的聚合物PSQ-Ls 波导微环光学生物传感器进行了研究。分析了850 nm 波段Slot波导的单波导高度、狭缝宽度及单波导宽度对传感器灵敏度的影响，在满足单模传输的条件下，得到了优化的微环传感器横截面尺寸参数。对Slot结构波导微环的弯曲损耗、自由光谱范围等进行了仿真分析，得到微环传感器的消光比、品质因子等随结构参数的变化，确定了优化的微环弯曲半径、耦合效率。与正脊形结构波导微环传感器相比，Slot结构波导微环传感器的灵敏度是前者的两倍，探测极限值是其一半。
集成光学 Slot波导 波导微环 光学生物传感器 探测极限
