电子科技大学 光电信息学院, 四川 成都 610054
通过模拟仿真, 研究了基于绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator, SOI)的微环生物传感器的传感性能, 得出其体传感灵敏度为38.71 nm/RIU, 探测极限为1.8×10-3 RIU, Q值为2.22×104。基于该结构, 分析了噪声对传感器性能的影响, 包括光源噪声和温度噪声。为了降低噪声影响, 设计了具有参考和探测通道的双微环差分传感器, 通过差分运算扣除噪声引起的谐振波长漂移, 从而可以有效降低噪声对传感器探测结果的影响。通过数值模拟和计算, 其被探测物的折射率变化的相对误差减小了15.85%, 表明微环差分传感器可以有效降低噪声的影响, 对提高微环生物传感器的性能将有极大的促进作用。
集成光学 光子传感 微环生物传感器 回音壁模式 差分降噪 integrated optics optical sensing micro-ring biosensor whispering gallery mode differential noise reduction 红外与激光工程
2018, 47(2): 0222002
Author Affiliations
Abstract
School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
Optical biosensors with a high sensitivity and a low detection limit play a highly significant role in extensive scenarios related to our daily life. Combined with a specific numerical simulation based on the transfer matrix and resonance condition, the idea of novel single-waveguide-based microresonators with a double-spiral-racetrack (DSR) shape is proposed and their geometry optimizations and sensing characteristics are also investigated based on the Vernier effect. The devices show good sensing performances, such as a high quality factor of 1.23×105, a wide wavelength range of over 120 nm, a high extinction ratio (ER) over 62.1 dB, a high sensitivity of 698.5 nm/RIU, and a low detection limit of 1.8×10 5. Furthermore, single-waveguide-based resonators can also be built by cascading two DSR structures in series, called twin-DSRs, and the results show that the sensing properties are enhanced in terms of quasi free spectral range (FSR) and ER due to the double Vernier effect. Excellent features indicate that our novel single-waveguide-based resonators have the potential for future compact and highly integrated biosensors.
280.1415 Biological sensing and sensors 230.5750 Resonators 230.3990 Micro-optical devices 230.3120 Integrated optics devices Chinese Optics Letters
2017, 15(1): 010006
从光电集成电路的角度出发, 根据量子点半导体光放大器(QD-SOA)中载流子跃迁速率方程和光场传输方程, 建立了QD-SOA等效电路模型, 并通过电路仿真的方法对QD-SOA的增益谱、饱和增益特性等进行了仿真和分析; 利用QD-SOA的交叉增益调制研究了速率分别为40 Gbps、100 Gbps和160 Gbps时的波长转换特性, 并分析了不同的偏置电流、功率的信号光和探测光对输出信号消光比和Q值的影响, 其转换速率可达到100 Gbps, 消光比ER约为10 dB, Q值约为2.2.该研究对提高基于QD-SOA的交叉增益调制波长转换的性能具有指导意义.
集成光学 波长转换 等效电路 量子点半导体光放大器 交叉增益调制 Integrated optics Wavelength conversion Equivalent circuit mode Quantum dot semiconductor optical amplifier Cross gain modulation 光子学报
2016, 45(11): 1113002
基于直径为7.2 μm的微盘谐振腔器件, 分别引入对称缺陷和非对称缺陷, 利用时域有限差分法研究缺陷位置和尺寸对各自微盘谐振腔各阶模式的影响.研究表明: 随着缺陷半径增大, 各阶谐振模式向短波长移动并且由高到低逐级受到抑制.在对称缺陷腔、非对称缺陷腔中内嵌一个微盘, 构成内嵌型双微盘谐振腔, 并优化缺陷腔、内嵌微盘尺寸及位置, 可实现1 128 nm、1 109 nm波长的稳定单模谐振.该内嵌型双微盘谐振腔微盘模式简单, 实现了谐振模式的简化, 具有广泛的应用前景.
光学微腔 微盘谐振腔 回音壁模式 腔体缺陷 谐振模式 Optical microcavity Microdisk resonator Whispering gallery mode Cavity defects Resonant mode 光子学报
2015, 44(12): 1213002
为了设计新型基于椭圆形反射镜面的扇形半导体微环激光器，采用光线追迹和有限时域差分的方法进行了理论分析和设计仿真。与普通的三角形环形腔相比，由于引入了椭圆形反射镜面，使得这种新型的微腔的镜面反射损耗极低，仅为1%，功率传输率为93%，Q值极高，在1576.36nm谐振波长处,Q值达到了23318.6。结果表明，这种新型的微环激光器有利于实现方向双稳态，并可进一步用于全光信号处理领域。
激光器 微环激光器 椭圆形谐振腔 三角形环形腔 有限时域差分 光线追迹 lasers micro-ring laser elliptical cavity triangular ring cavity finite difference time domain ray-tracing
提出了一种由一个分布式反馈激光器为主激光器和一个半导体环形激光器为从激光器组成的主从式激光混沌系统方案，主激光器产生的光单向注入到从激光器中，通过调整注入系数、主从激光器的失谐频率和从激光器的偏置电流，使从激光器工作在混沌状态，输出混沌信号。从基于光注入条件下的环形激光器的速率方程组入手，数值模拟了主从激光器的失谐频率、注入系数和从激光器的偏置电流3个工作参量对从激光器输出动态的影响。研究表明：外光注入条件下，半导体环形激光器可以产生混沌信号。通过分析得出: 当失谐频率为3.9 GHz、注入系数为0.07、偏置电流为81 mA时，环形激光器可以产生功率谱平坦、带宽较宽的高质量混沌信号。
光通信 混沌信号 光注入 半导体环形激光器 分叉图 optical communications chaotic signals optical injection semiconductor ring laser bifurcation diagram
天津大学电信学院光纤通信实验室光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
在偏振模色散(PMD)自动补偿技术中，如何根据反馈信号得到相应的控制信号，使补偿速度跟随偏振模色散变化始终是该技术的一个核心问题。提出了一种新颖的自适应抖动跟踪算法，完成了以微波信号为反馈的多自由度的一阶偏振模色散自动反馈补偿系统的跟踪补偿实验。算法成功地解决了传统算法在跟踪搜索过程中易陷入局部极值的问题，有效地克服了系统中的重要控制器件偏振控制器的磁滞现象以及动态补偿时跟踪搜索过程中易出现的瞬间恶化现象。实验结果表明该算法在对出现突发偏振模色散扰动后自动进行补偿的响应速度在ms量级，最快能达到1～2 ms。
光纤通信技术 偏振模色散 自动补偿算法 偏振模色散补偿
1 天津大学精仪学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300072
2 中国民航学院通信工程系,天津,300300
3 津大学精仪学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300072
光纤通信线路检测到的电功率随差分群延迟变化,可以作为PMD补偿的反馈控制信号.给出了这一变化关系的理论计算和曲线并通过实验验证这一关系,确定电压信号与DGD的变化关系.建立了一套完整的实验系统,并考虑了影响反馈电压信号的多种因素以及减小这些影响的措施.眼图给出的实验结果说明了补偿的效果,还利用误码测试仪测量了补偿前后的接收灵敏度的改变以定量说明补偿的效果,最后比较了不同情况下的补偿结果.
光纤通信 偏振模色散 偏振控制 差分群延迟 反馈控制信号 Optical fiber communications Polarization mode dispersion Polarization control Differential group delay Electrical feedback signals
1 天津大学电信学院光纤通信实验室, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
就超快非线性干涉仪(UNI)的输入光特性对其开关窗口的影响进行了数值模拟和实验研究，输入光包括控制光脉冲和探测光脉冲。在数值模拟中，调节控制光脉冲和探测光脉冲的功率及脉宽，功率越高和脉宽越窄，窗口的形状越好。在调节过程中发现控制光脉冲和探测光脉冲都存在一个最佳的功率点使窗口的形状达到最优。如果继续增大控制光脉冲功率，会使窗口的顶部倾斜，窗口形状恶化；而继续增大探测光脉冲功率，窗口的消光比开始下降。在数值模拟的基础上进行了10 Gb/s的超快非线性干涉仪全光开关实验，在实验中用连续光代替探测光脉冲以观察窗口形状。通过改变控制光脉冲和连续光功率来验证它们对超快非线性干涉仪开关窗口的影响。实验表明，应选用短而强的控制光脉冲和最优功率点的连续光，这与模拟结果吻合。
光纤通信技术 超快非线性干涉仪 半导体光放大器 交叉相位调制 开关窗口
