华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
硅基集成光子器件具有体积小、集成度高的突出优势, 在光通信、数据中心光互连等领域具有广阔应用前景。然而, 硅基波导耦合器件尺寸相对较大、工作带宽和工艺容差受限。硅基多模路由光子器件设计还面临挑战。文章介绍了近年来发展起来的两种硅基集成光子器件先进设计方法: 绝热捷径法和变换光学方法, 简要阐述其物理原理, 并展示在硅基集成光子器件设计中的典型应用。
硅基集成光子器件 绝热捷径法 变换光学方法 silicon-based integrated optical devices shortcuts to adiabaticity transformation optics
Author Affiliations
Abstract
1 College of Information Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
2 College of Electronics and Information Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
3 Key Laboratory of Nondestructive Test (Ministry of Education), Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
4 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
We discuss the optimal design of line-tapered multimode interference (MMI) devices using a genetic algorithm (GA). A 1×4 MMI device is designed as a numerical example. Compared with the conventional design based on self-imaging theory, the present method demonstrates superior performance with low insertion loss and small non-uniformity.
平面波导器件 多模干涉耦合器 遗传算法 230.1360 Beam splitters 230.7390 Waveguides, planar 310.2790 Guided waves Chinese Optics Letters
2009, 7(11): 1045
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 State Key Laboratory on Advanced Optical Communication Systems and Networks, Peking University, Beijing 100871, China
3 School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332, USA
A high-permittivity (high-k) material is applied as the gate dielectric layer in a silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor to form a special electro-optic (EO) modulator. Both induced charge density and modulation efficiency in the proposed modulator are improved due to the special structure design and the application of the high-k material. The device has an ultra-compact dimension of 691 \mu m in length.
硅基调制器 电光调制器 高K栅层 MOS电容 230.4110 Modulators 250.4110 Modulators 250.6715 Switching 230.2090 Electro-optical devices Chinese Optics Letters
2009, 7(10): 924
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, College of Optoelectronic Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Faculty of Mechanical and Electronic Information, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
3 State Key Laboratory on Advanced Optical Communication Systems and Networks, Peking University, Beijing 100871, China
4 School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332, USA
A novel microring resonator accelerometer is proposed. It is realized by a suspended straight waveguide coupled with a microring resonator. Under the external acceleration, the coupling coefficient is a function of gap spacing between the two waveguides. The mathematical model of the sensing element is established. Both the finite element method and coupled mode theory are adopted to analyze and optimize the proposed structure. Simulation results show that the mechanical sensitivity is 0.015 \mu m/g with the working frequency below 500 Hz and cross-axis sensitivity less than 0.001%, which is promising in seismic related applications.
加速度 微环谐振器 有限元法 耦合模理论 130.6010 Sensors 230.5750 Resonators Chinese Optics Letters
2009, 7(9): 798
武汉国家光电实验室华中科技大学光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
研究了一种新颖的基于非共振光学斯塔克效应的有源光子带隙全光偏振开关的理论模型, 模拟了在抽运光作用下全光开关有源光子带隙的反射谱的变化情况; 反射式全光偏振开关的对比度随延迟时间和抽运功率密度的变化以及插入损耗随延迟时间的变化; 周期无序和折射率测量误差对光子禁带的影响。由于超辐射模的快速辐射衰减, 在非共振抽运脉冲通过后, 材料光谱特性将迅速恢复, 可形成太赫兹的开关; 并且材料的光子禁带对激子共振频率的变化非常敏感, 使得光开关控制光能量比普通多量子阱光开关的小很多。
光学器件 全光开关 有源光子带隙 光学斯塔克效应 抽运-探测技术
1 武汉光电国家实验室, 华中科技大学, 武汉 430074
2 乔治亚理工学院电子和计算机工程系, 亚特兰大 30332 美国
综述了硅基微纳激光器、调制器、探测器及光传输控制器件的最新研究进展。重点阐述了表面等离子体、量子阱、光子晶体及纳米光栅等新型结构在提高器件综合性能和降低器件尺寸方面的重大作用。同时, 还展示了用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术, 实现硅基光子器件和电子器件在同一基片上微纳集成的巨大前景。
硅基光电子器件 微纳集成 激光器 调制器 探测器 纳米光栅
中国科学院半导体研究所 光电子研究发展中心，北京 100083
通过束传播方法(BPM)模拟了SiO2基掩埋式波导结构多模干涉(MMI)型分束器的反射性能，模拟结果表明，MMI工作在分束模式时存在最优的多模干涉长度实现最大输出和最小反射，而在合束模式下实现最大输出时反射也达到最大，这是由自映象原理决定的。SiO2基掩埋式波导结构MMI分束器对反射具有良好的抑制作用，其最大反射功率为－60dB。分析表明，多模干涉区末端的界面反射率决定了器件的反射强弱，SiO2基掩埋式波导的界面反射率非常低，这是其低反射的原因。
SiO2基 掩埋式波导 多模干涉 反射 silica based buried waveguide MMI reflection.
中国科学院半导体研究所光电子研究发展中心, 北京 100083
用火焰水解和高温烧结的方法在单晶硅基片上制备了厚SiO2和B2O3-P2O5-SiO2光波导包层材料。并用扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)方法对其微观形貌和物相结构进行了观察和检测。重点对硅基片上沉积厚SiO2时的龟裂和析晶问题进行了深入研究。从扫描电镜照片可以看出,火焰水解法形成的SiO2粉末呈多孔的蜂窝状结构。这种粉末具有很高的比表面积,因而很容易烧结成玻璃。X射线衍射图谱表明,这种粉末是完全非晶态的。经过烧结以后,从扫描电镜照片可以明显看出硅基片上的SiO2薄膜出现龟裂。同时,X射线衍射测试结果表明有少量SiO2析晶。而通过在SiO2中掺入B2O3、P2O5,上述龟裂和析晶完全消失。用这种工艺制备的SiO2波导包层材料厚度达到20 μm以上,表面光滑、没有龟裂,而且是完全玻璃态的,可以用于制备性能优良的各种硅基二氧化硅波导器件。
光学材料 光波导材料 二氧化硅 火焰水解 龟裂 析晶
