设计并制作了一种基于多模干涉波导（MMI）结构的InP基90°光混频器芯片，该芯片的波导层材料为InGaAsP，包层和衬底材料为InP，芯片的单模波导宽度设计为2.6 μm，多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20 μm。采用三维光束传播法（3D BPM），仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限，仿真结果表明在1 535~1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB，相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。
光混频器 磷化铟 多模干涉波导 相干光通信 optical hybrid InP MMI coherent optical communication
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Electronics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Frontier Science Center for Nano-Optoelectronics, Peking University, Beijing 100871, China
3 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
4 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen 518055, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(1): s12200
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
随着通信技术的飞速发展，传统微电子行业出现瓶颈，人们更多地寄希望于集成光路来实现新的突破。硅基光子学因其自身材料以及制造工艺等方面的优点而备受关注。其中，硅基耦合器作为重要的硅基无源器件，是实现光的片上合束和分束的关键。多模干涉（multimode interference, MMI）耦合器具有损耗低，工艺容差性大且带宽较大等优点，是一种常用的集成光学器件。从MMI耦合器的自映像成像原理出发，利用导模传输分析法（guide-mode propagation analysis, G-MPA）对MMI中的模场分布情况进行分析，成功设计出基于470 μm高阻硅晶圆的太赫兹波段的taper型多模干涉耦合器。通过时域有限差分法（finite difference time domain method, FDTD）仿真优化其参数，实现了93.8%的耦合效率。
太赫兹 taper 自映像 多模干涉（MMI）耦合器 terahertz taper self-image imaging multimode interference coupler
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
在连续光全光纤光学参量振荡器(FOPO)中, 目前主要利用可调滤波器(TBPF)等高插入损耗的滤波器件进行边带光输出波长的调谐, 这种方式所引起的高环形腔损耗限制了FOPO输出性能的进一步提升。为解决此问题, 提出了基于多模干涉(MMI)滤波器的低腔损耗可调谐连续光FOPO。通过选取不同长度和纤芯尺寸的多模光纤制作级联单模-多模-单模光纤(SMS)作为滤波器件, 使其在选定波长处的插入损耗小于1 dB, FOPO环形腔的总损耗不大于5 dB, 并通过对SMS器件施加轴向拉力的方式调节滤波器件的透射谱, 实现了1 494~1 501 nm和1 638~1 629 nm范围内的双边带可调谐连续光输出。
光纤光学参量振荡器 四波混频 多模干涉效应 损耗 fiber optical parametric oscillator four-wave mixing MMI loss 红外与激光工程
2019, 48(5): 0520002
1 南京信息工程大学 气候与气象灾害协同创新中心, 南京 210044
2 东南大学 光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心, 南京 210096
提出了一种基于光子晶体波导(PCW), 具有超低片内反射、多模干涉型(MMI)光功分器结构。通过在传统MMI型功分器的基础上引入双梯形波导结构, 降低了原有功分器由于端口反射以及谐振模反射所带来的片内反射问题。相比于传统的MMI型光功分器, 该结构片内反射降低了60%。
有限元法 束传播法 光子晶体波导 多模干涉器 光功分器 finite element method (FEM) beam propagation method (BPM) PCWs MMI optical power splitters.
Author Affiliations
Abstract
Department of Applied Physics, Electronics and Communication Engineering, University of Chittagong, Chittagong-4331, Bangladesh
In recent years, the silica-on-silicon based multimode interference (MMI) optical waveguide is an interesting research topic. It is being advanced various researches on the silica based MMI coupler. This paper represents the considerations of the optimal design of the silica-on-silicon based MMI optical coupler for better performance. For that, we have illustrated the simulation results on a particular case of the 4×4 silica-on-silicon based MMI coupler. From the simulation results, it is seen that the performance of the MMI coupler depends on multiple width and length combinations of the MMI waveguide. The results also show that the width of the multimode waveguide could not be too small or too large for optimal performance, and at the widths, 100 μm, 120 μm and 130 μm, the performance could be optimized and be almost 0.62 - 0.64 in a given length range. Finally, the results have been compared with the optical coupler presently available in the market and show that the silica-on-silicon based MMI coupler is much more efficient in terms of losses and the performance associated with it and the size of the coupler.
Optical coupler planar lightwave circuits (PLCs) silica-on-silicon waveguide multimode interference (MMI) coupler performance (PF) Photonic Sensors
2014, 4(1): 34
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
为了更加完整有效地研究As2S8薄膜波导的饱和光阻断和非饱和光阻断效应及其应用,提出并设计出了一种新型的、可有效实现光阻断效应的多模干涉型B270-As2S8复合光波导结构,该复合波导的输入端和输出端与单模条波导同基集成。利用3维光束传播方法(BPM)进行仿真运行,结果显示,该复合波导的端接耦合效率可以达到94.53%,插入损耗仅为0.6 dB。复合波导中的光场大部集中在As2S8薄膜中传输,并且具备了良好的导波传输特性,十分有利于光阻断效应的有效实施。
导波光学 多模干涉 光阻断效应 离子交换 硫系玻璃 guided-wave optics MMI optical stopping ion-exchanged chalcogenide glass
1 光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北 武汉430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉430074
采用空气限制的InP基波导，利用其弯曲半径小的优点，设计了一款紧凑型4×4 MMI(多模干涉)合波器，整个器件的尺寸为3 890 μm×100 μm。在输入/输出波导与多模干涉区域之间引入了锥形波导，有效改善了MMI合波器的性能。并通过广角三维光束传输法对器件进行了模拟仿真，得到优化参量，从而实现了其结构的优化。
InP基波导 多模干涉 光束传输法 InP-based waveguide MMI beam propagation method
锥形多模干涉耦合器克服了传统多模干涉(MMI)耦合器结构尺寸大的缺点，满足当前集成光器件高集成度的要求，其成像特性对设计基于它的集成光器件至关重要。根据多模干涉耦合器的自映像原理，对锥形多模干涉耦合器成像特性进行分析，发现成像特性与输入场位置、位置数、多模波导初始宽度及渐变率等参量密切相关，得到成像位置的解析表达式并总结出规律。最后采用导模传输分析法进行数值模拟和有限差分束传输法（FDBPM）进行仿真，验证了理论分析的正确性。根据成像位置表达式和规律，得到锥形多模干涉耦合器的一般成像特性，为用锥形多模干涉耦合器设计集成光器件的研究提供了理论依据和设计参考。
集成光学 锥形多模干涉耦合器 成像位置 导模传输分析法 有限差分光束传输法
1 浙江工业大学 理学院, 杭州 310023
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子国家重点实验室, 北京 100083
采用非对称Y分支波导和多模干涉型耦合器级联的方案设计出了一种光纤到户用单纤三向复用器芯片.模拟光谱响应结果表明,三个波长输出光斑清晰，实现了1 490 nm和1 550 nm下行波长的下传和1 310 nm波长的上传.有限差分束传播法模拟结果表明:该器件插入损耗小于1.49 dB,三个响应波长的带宽满足ITU.984 规定的带宽要求;1 310 nm上传信号隔离度达到47 dB以上，1 490 nm与1 550 nm间信号隔离度达到29 dB以上.
光纤到户 单纤三向复用器 Y分支 多模干涉型耦合器 光束传播算法 Fiber To The Home(FTTH) Triplexer Y-Junction Multimode Interference(MMI) Beam Propagation Method (BPM)
