1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心，长春 130012
为研究中红外波段的片上波导传感性能，针对2 172.75 cm-1处的一氧化碳吸收线，提出基于InGaAs-InP平台的悬浮光子晶体波导传感器和悬浮脊形波导传感器。基于朗伯—比尔定律，通过Rsoft和COMSOL软件设计波导结构，优化了光子晶体波导的晶格常数、孔半径、中心孔半径和脊形波导的脊宽、条宽、脊高和条高。仿真结果表明，光子晶体波导和脊形波导的功率限制因子分别为250.69%和115.65%。对两种传感器进行计算和性能评估，得到两种传感器的传输损耗分别为27.5 dB/cm和3 dB/cm，最佳波导长度分别为72 μm和162 μm。设定探测器最小可检测信噪比为10，得到两种传感器的最小可检测气体浓度分别为9.13×10-6和8.51×10-6。讨论了波导传输损耗对传感器性能的影响，若能有效降低波导损耗，可进一步降低最小可检测气体浓度。对比两种传感器，光子晶体波导具有更大的功率限制因子，脊形波导具有低传输损耗和横磁模兼容性的优点。
波导传感器 中红外 吸收光谱 气体传感器 光子晶体波导 脊形波导 Waveguide sensor Middle infrared Absorption spectrum Gas sensor Photonic crystal waveguide Ridge waveguide 光子学报
2023, 52(10): 1052414
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1081
重庆大学 光电工程学院 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
薄膜铌酸锂调制器因其小尺寸、高带宽、低半波电压等优点, 成为近年来业内关注的热点。文章梳理了铌酸锂电光调制器的波导结构、电极结构及偏置点控制技术三个方面的相关研究进展, 分析了平面掩埋、脊型、光子晶体等三种不同结构波导的调制器性能, 讨论了铌酸锂调制器集总和行波两种电极结构的特点及其设计考量因素, 对比了电光调制器偏置点控制中功率法和导频法的优缺点及其相关研究成果。在此基础上, 进一步分析了为实现更小体积与更高带宽铌酸锂调制器所需的关键技术以及未来的研究方向。
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
We investigate the influences of structure parameters and interface shapes on the bandwidth of the edge state of lithium niobate valley photonic crystals. By increasing the size difference of two air holes in the same unit cell, we find that the bandwidth of the lossless nontrivial edge state possesses a peak value of 0.0201(a/λ), which can be used to construct broadband valley photonic crystal waveguides. Mode field distributions verify that the waveguide is robust against sharp bends and exhibits chirality. When the unit cell is arranged in a bearded interface with the top and bottom components showing negative and positive valley Chern numbers, respectively, we find that the lithium niobate valley photonic crystal is more likely to exhibit a lossless edge state, which is difficult to be realized in valley waveguides with low refractive index materials. This work can provide guidance on the design of the high-performance topological waveguide.
lithium niobate valley photonic crystal waveguide propagation loss Chinese Optics Letters
2021, 19(6): 060014
兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730030
为了获得优异的慢光性能，设计一种在逆时针旋转45°的完整正方晶格的中心行及与其相邻的第二行引入非本征缺陷棒的光子晶体波导（PCW）。引入的连续腔作为电磁能量的存储器和光速减速器，用于PCW中的慢光传输，也适用于光通信、光计算和光信号处理领域。采用平面波展开法研究所提结构的慢光传输特性，分析了结构参数对慢光性能的影响，最终在归一化延迟带宽积（NDBP）达0.40的情况下，带宽达到23.37 nm。所提结构的设计方法为进一步提升具有高带宽和高NDBP慢光的存储容量提供了重要的理论依据。
光学器件 光子晶体波导 慢光 群速度 群速度色散 归一化延迟带宽积 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0723002
中国矿业大学 信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116
通过在完整三角晶格空气孔型光子晶体平板中引入两条空气槽型波导,并在槽型波导中引入折射率随甲烷气体浓度变化的敏感薄膜,设计并优化了一种甲烷与温度双参量传感器。建立光子晶体波导传感分析模型,利用平面波展开法、等效折射率方法、时域有限差分法对甲烷和温度的传感特性进行了理论分析。结果表明,两条传感通道的通带峰值中心波长会随甲烷气体浓度增加发生线性蓝移,而随温度增加出现线性红移。其中,通道1的甲烷传感灵敏度能达到0012 nm,温度传感灵敏度达到169 nm／℃,通道2的甲烷传感灵敏度能达到0010 8 nm,温度传感灵敏度达到166 nm／℃,同时结合双参数矩阵法正好能解决传感交叉敏感问题。
光子晶体 槽型波导 光学传感器 温度传感 甲烷传感 photonic crystal slotted photonic crystal waveguide optical sensor temperature sensing methane sensing
聊城大学 物理科学与信息工程学院, 聊城 252059
为了研究基于光子晶体波导的高性能滤波器, 采用调节谐振腔结构和优化耦合结构等方法, 基于耦合模理论, 在正方格光子晶体中设计了3种光子晶体弯折波导, 并进行了理论分析和仿真验证, 利用时域有限差分法取得了3种波导在S波段及C波段上的工作特性数据。结果表明, 3种波导在不同波段表现出良好的带阻或带通特性, 且其结构截止传输波长和通带传输波长随整体介质柱相对介电常数增加向长波方向移动, 介电常数εr每增加0.3, 截止传输波长和通带传输波长均增加6nm左右。这一结果对微型光传感器、微型光通信器件、集成光路等方面的设计都是有帮助的。
材料 光子晶体波导 耦合模理论 时域有限差分法 谐振腔 materials photonic crystal waveguide coupled-mode theory finite-difference time-domain method resonant cavity
1 北方工业大学 计算机学院, 北京 100144
2 北方工业大学 电子信息工程学院, 北京 100144
为了设计能够传输宽带低色散慢光的光子晶体波导, 以三角晶格圆形介质柱光子晶体结构为基础, 使用圆形散射元和椭圆形散射元进行周期性排列, 采用平面波展开法对所设计的耦合腔波导进行了仿真分析。结果表明, 调整缺陷行椭圆形散射元长轴Ra可以使导模最大群速度从0.035c降低到0.01c, 调节缺陷行短轴Rb的值, 可以再次降低导模群速度;通过改变微腔周围第1排两种散射元的面积比, 能够得到最大群速度0.0065c, 波长范围为3.25nm的低色散慢光; 将所设计的耦合腔应用于光缓存中, 计算得出缓存时间为76.82ps, 存储容量达到了15.56bit。这项研究对新型光子晶体慢光器件的设计和应用具有参考意义。
集成光学 慢光 平面波展开法 群速度 光子晶体耦合腔 integrated optics slow light plane wave expansion method group velocity photonic crystal waveguide
1 深圳大学电子科学与技术学院, 广东 深圳 518060
2 深圳市微纳光子信息技术重点实验室, 广东 深圳 518060
提出了基于二维光子晶体的具有偏振选择功能的横电(TE)和横磁(TM)波三等分功率分配器, 功分器结构构建于正方晶格的十字形光子晶体波导中。利用有限元法计算结构的性质, 利用Nelder-Mead算法进行了参数优化。结果表明, 在输入通道引入不同的偏振选择缺陷, 可使功分器具有偏振选择功能。对于TE功分器, TE波能够进入并在其中传输, TM波则不能进入; 对于TM功分器, 情况则刚好相反。在波导的十字交叉区域引入功率控制缺陷, 可使各输出端功率相等。合理选择参数, TE和TM功分器的总传输效率分别可达99.48%和95.53%。波长扫描发现两种功分器都可工作在相对较大的波长范围内。
光学器件 功率分配器 二维光子晶体 光子晶体波导 偏振选择 光学学报
2016, 36(12): 1223001
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析。通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度, 对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc), 得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论。进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响, 发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时, 导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动, 且渐趋平坦, 亦即群速度变小。研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据。
慢光 光子晶体波导 平面波展开法 slow light photonic crystal waveguide plane wave expansion method
