1 安庆师范大学物理与电气工程学院, 安徽 安庆 246133
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
基于高分辨率可调谐二极管激光吸收光谱仪(TDLAS)和长程怀特吸收池搭建了一套高分辨率、光程可调吸收光谱测量系统,采用直接吸收光谱技术测量了1.51 μm 波段(6608～6624.3 cm-1) 水分子室温下的吸收光谱。利用非线性拟合程序,获得了57条水分子吸收谱线的线位置、线强和自展宽系数,并与HITRAN 2016数据库中的相应数据进行了比较,结果表明整体实验数据与HITRAN 2016符合较好,证明该光谱测量系统适用于水分子吸收谱线参数研究。
光谱学 光谱参数 吸收光谱 水汽 怀特池 spectroscopy spectrum parameter absorption spectroscopy water vapor White cell
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We use the selective area growth (SAG) technique to monolithically integrate InP-based 4-channel arrayed waveguide gratings (AWGs) with uni-traveling carrier photodiode arrays at the O-band. Two kinds of channel spacing demultiplexers of 20 nm and 800 GHz are adopted for potential 100 Gbps coarse wavelength division multiplexing and local area network wavelength division multiplexing systems, with an evanescent coupling plan to facilitate the SAG technique into device fabrication. The monolithic chips in both channel spacings exhibit uniform bandwidths over 25 GHz and a photodiode responsivity of 0.81 A/W for each channel, in agreement with the simulated quantum efficiency of 80%. Cross talk levels are below 20 dB for both channel spacing chips.
230.3120 Integrated optics devices 230.5170 Photodiodes Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 082301
安庆师范大学物理与电气工程学院, 安徽 安庆 246133
设计了一种非对称臂马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型硅基二氧化硅偏振分束器(PBS), 在1535～1565 nm波长范围内, 其偏振消光比大于20 dB, 插入损耗大于-0.5 dB。采用有限差分-束传播法(FD-BPM)进行误差分析, 分别计算了多模波导的宽度和长度以及非对称臂的宽度和长度误差对偏振分束器性能的影响。仿真结果表明, 多模波导长度和非对称臂长度误差分别小于±2 μm和±4 μm时, 偏振分束器的消光比和插入损耗仍能保持较好的结果; 而要保持20 dB以上的偏振消光比, 多模波导宽度误差应小于±500 nm, 非对称臂宽度误差应小于±4 nm(宽臂)和±2.5 nm(窄臂)。非对称臂宽度对工艺的要求比较高, 拟利用热光效应改变波导折射率来补偿波导尺寸变化引起的相位误差, 以便下一步制备出高性能的硅基二氧化硅偏振分束器。
光学器件 硅基二氧化硅波导 偏振分束器 有限差分-束传播法 误差分析 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 122301
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
介绍了硅光子互连中4 种波分复用器及相关单片集成发射接收芯片，其中硅纳米线阵列波导光栅及刻蚀衍射光栅波分复用器单个芯片就可以成倍扩展通道数，非常适合大通道数密集波分复用，马赫-曾德尔结构及微环谐振型波分复用器芯片通道数增大时需要多个单元级联，波长准确性及间隔不易控制，比较适合通道数少的芯片应用。同时，给出了自主设计和制备的硅纳米线阵列波导光栅和刻蚀衍射光栅，通过采用阵列波导展宽方法，有效抑制了阵列波导的串扰，实现串扰小于-15 dB；通过在刻蚀衍射光栅反射面引入二维光子晶体反射镜，降低了刻蚀衍射光栅的反射损耗，损耗比普通刻蚀衍射光栅减小了3 dB。
光学器件 集成光学 硅光子 波分复用 阵列波导光栅 刻蚀衍射光栅 微环谐振器 马赫-曾德尔干涉仪 激光与光电子学进展
2014, 51(11): 110006
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
提出了一种新型结构的阵列波导光栅。在AWG的阵列波导中嵌入多种补偿介质, 补偿二阶或二阶以上温度偏移。首先从理论上推导出器件的工作原理表达式；其次给出了器件结构的设计方案, 阵列波导采用同心圆结构设计, 使得嵌入介质与波导垂直, 有效减小了散射损耗, 并显著提高了芯片的集成度。最后, 对器件性能进行了评估, 引入的附加损耗小于1dB; 理论上实现了零温度偏移。
阵列波导光栅 温度不敏感 折射率温度系数 补偿介质 同心圆结构 arrayed waveguide grating temperature-insensitive thermal refractive index coefficient compensating medium concentric circles structure
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
在InP阵列波导光栅的制作过程中会引入不同的误差, 从而影响器件的性能.为了最大限度地控制误差, 提高半导体器件性能, 本文采用传输函数法对InP基阵列波导光栅的系统误差和随机误差分别进行了分析.从系统误差的模拟结果中可以得到如下结论: 深脊型波导的有效折射率nc平均每偏移+0.000 1, 中心波长偏移+0.05nm.相邻阵列波导长度差ΔL每偏移+0.01 μm, 中心波长将偏移+0.44 nm.nc和ΔL仅仅会影响到传输谱中心通道及其他各通道对应的波长, 使得传输谱发生整体漂移, 而信道间隔及串扰不会改变.罗兰圆半径R偏移不会影响器件的中心通道对应的波长, 但会使其它通道对应的波长发生变化, 最终使得信道间隔改变, R增加50 μm, 信道间隔减小0.03 nm.从随机误差模拟结果中, 得出: 波导芯区折射率、上包层折射率、衬底折射率、波导宽度和波导芯层厚度的随机波动会对阵列波导光栅的串扰产生较大的影响.根据以上分析, 可以通过控制不同参量来调节器件的中心波长以及信道间隔等来优化阵列波导光栅的光学性能.
InP阵列波导光栅 简单传输函数法: 系统误差 随机误差 InP arrayed waveguide grating Transmission function method Systematic errors Random errors
