中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
：针对集成光学陀螺中核心敏感单元难以同时实现集成化和高灵敏度问题，提出了硅基二氧化硅楔角型谐振腔的制作方案。通过理论分析得出，由光电探测器散弹噪声引起的陀螺极限灵敏度与谐振腔的直径和品质因数乘积(D×Q)成正比。运用MEMS工艺，制作出直径达1.5 cm、楔角22°的谐振腔；通过控制氧化硅腐蚀时掩膜层的参数，获得了不同楔角的谐振腔，并论述了腐蚀楔角跟掩膜层参数的关系。通过耦合测试，该谐振腔品质因数为2×106，理论上采用上述谐振腔研制的陀螺, 其极限灵敏度可达6 (°)/h。
大尺寸楔型腔 集成光学 陀螺灵敏度 氧化硅腐蚀 large dimension wedge-resonator integrated optics sensitivity of gyroscope silica corrosion
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
为了改善光学波导较大的侧壁粗糙度，探究分次氧化工艺相比于单次氧化工艺的优势,运用微机电系统(MEMS)工艺制备了绝缘体上硅环型谐振腔和跑道型谐振腔，并通过单次氧化工艺和二次氧化工艺对其进行优化处理。理论分析并仿真了粗糙度、散射损耗和光学谐振腔传输特性之间的关系。实验结果显示，相同的氧化深度下，相比单次氧化工艺，二次氧化工艺获得了较窄的半峰全宽(FWHM)、较高的品质因数(Q)和较低的传输损耗。研究结果为波导表面光滑研究提供了重要的参考依据，同时对于高Q 值、低损耗谐振腔的制备及其在滤波器、生物传感和光学陀螺等相关领域中的应用具有重要的研究意义。
集成光学 光学谐振腔 耦合实验 氧化 品质因数
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
3 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 太原 030051
基于绝缘体上硅材料(SOI)的微环谐振腔作为各种集成微光学器件的核心部件, 其传输特性的好坏直接决定微光学器件的性能优劣。结合微环谐振腔理论和多光束干涉原理对微环谐振腔测试信号中纹波的产生原因和影响因素进行了分析, 通过耦合实验测试得到了纹波信号的特征参数并进行了分析, 实验结果与仿真分析吻合。进一步分析了耦合光栅刻蚀深度对纹波幅值的影响及原因, 为微环谐振腔结构参数的进一步优化和微环谐振腔传感系统误差分析提供了依据。
微环谐振腔 多光束干涉 纹波 光栅 micro-ring resonator Fabry-Perot interferometer ripple signal gratings 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024121
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
为了验证光纤环形谐振腔的游标效应, 对不同长度的光纤环形谐振腔进行了研究。实验研究了长度分别为2.24m和2.52m光纤环形谐振腔透射谱频率的对应关系, 当谐振频率相同且自由频谱宽度个数差值为1时, 根据差值等分测量原理, 以其中一个谐振谱线作为标尺、另一个作为游尺, 对标尺的自由频谱宽度九等分, 得到游尺的最小测量分度为0.01GHz, 这与MATLAB理论仿真结果一致。结果表明, 通过改变谐振腔尺寸差, 增加自由频谱宽度的等分刻度数, 可以提高测量精度; 基于微谐振腔对外界环境变化的敏感特性, 谐振腔游标效应在高灵敏传感领域将具有潜在的应用。
光纤光学 环形谐振腔 游标效应 自由频谱宽度 fiber optics ring resonator vernier effect free spectral range
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
运用微机电系统(MEMS)工艺制备了不同耦合间距的微环谐振腔，针对耦合间距对耦合系数、谐振深度的影响，进行了理论分析与仿真，并对结构进行耦合实验测试。测试结果表明，随着微环耦合间距的增加，耦合系数减小，谐振深度变浅，这与理论仿真一致。实际计算了相应的耦合效率、3 dB带宽及品质因数，随着耦合间距增大，耦合效率降低，3 dB带宽也随之变窄，微环谐振腔的品质因数逐渐提高。研究结果为微环谐振腔的进一步优化设计及其在相关领域中的研究与应用提供了依据。
集成光学 微环谐振腔 耦合实验 耦合间距
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室 电子测试技术国家重点实验室， 山西 太原030051
2 山西大学 物理电子工程学院， 山西 太原030006
利用MEMS工艺制备了基于SOI的小尺寸、高集成光波导多环级联谐振腔滤波器，理论分析了多环级联微环腔的光场传输特性与光谱响应特性，实验验证并得到了不同级联环数与谐振谱线滚降垂直度的关系。研究表明：当波导宽度为450 nm、半径为5 μm时，单环、双环和十环滤波器响应谱线的－3 dB带宽分别为0.313， 0.279， 0.239 nm，相应结果与理论吻合，即随着级联环数的增多，谐振谱线顶端趋于平坦，滚降垂直度增高。设计制备了环形与跑道形两种级联谐振腔滤波器，研究了相应的透射谱特性。
光波导 多环级联 滤波器 滚降垂直度 optical waveguide multi ring cascaded filters roll off vertical
