电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
提出了一种基于级联非对称Y分支的紧凑、宽带、高效的LP01-LP11a模式转换器。制作的聚合物波导模式转换器具有1.5 mm×14.0 μm的紧凑尺寸，对于C+L波段的x偏振和y偏振光，其模式转换效率大于98%，串扰小于-17.5 dB，插入损耗低于5.8 dB。所提出的模式转换器可以应用在宽带模分复用传输系统中。
光纤光学 光学器件 模式转换器 模分复用 聚合物波导 集成光学 非对称Y分支
1 江南大学物联网工程学院，江苏 无锡 214122
2 江南大学先进技术研究院，江苏 无锡 214122
模式转换器承担着波导基模到高阶模的转换任务，是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。基于薄膜铌酸锂平台，提出一种利用V形硅阵列的薄膜铌酸锂波导模式转换器，转换结构主要包括沿光传输方向排布的V形硅阵列，位于薄膜铌酸锂波导顶部。基于上述结构进行详细的设计与优化分析，在中心波长为1550 nm、转换长度仅为11 μm的情况下，实现了输入TE0模到输出TE1模的高效转换。模式转换效率为96.8%，串扰为-28.6 dB，插入损耗为0.78 dB。进一步对转换结构进行横向扩展，实现了输入TE0模到输出TE2模的高效转换。模式转换效率为91.3%，串扰为-14.3 dB，插入损耗为1 dB。若继续扩展，可获得其他高阶模。本器件及设计方法有望在薄膜铌酸锂波导多模光传输方向发挥优势，推动薄膜铌酸锂光子集成器件及回路的发展。
集成光学 集成光器件 光波导 铌酸锂 微光学器件 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0523001
Author Affiliations
Abstract
1 Soochow University, Institute of Functional Nano and Soft Materials (FUNSOM), Jiangsu Key Laboratory for Carbon-Based Functional Materials and Devices, Suzhou, China
2 Soochow University, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Jiangsu Engineering Laboratory of Novel Functional Polymeric Materials, Suzhou, China
3 Macau University of Science and Technology, Macao Institute of Materials Science and Engineering, Macau, China
Near-infrared (NIR) light has shown great potential for military and civilian applications owing to its advantages in the composition of sunlight, invisibility to human eyes, deeper penetration into biological tissues, and low optical loss in optical fibers. Therefore, organic optoelectronic materials that can absorb or emit NIR light have aroused great scientific interest in basic science and practical applications. Based on these NIR organic optoelectronic materials, NIR optoelectronic devices have been greatly improved in performance and application. In this review, the representative NIR organic optoelectronic materials used in organic solar cells, organic photodetectors, organic light-emitting diodes, organic lasers, and organic optical waveguide devices are briefly introduced, and the potential applications of each kind of device are briefly summarized. Finally, we summarize and take up the development of NIR organic optoelectronic materials and devices.
near-infrared organic optoelectronic materials organic solar cells organic light-emitting devices organic optical waveguides Advanced Photonics
2024, 6(1): 014001
北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家重点实验室, 北京 100015
短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点, 在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平, 以及作者近年来研发的行波管, 频率覆盖 E波段、W波段、G波段和 Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率, 在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场 (PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究, 为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。
毫米波 太赫兹 行波管 折叠波导 真空电子放大器 millimeter wave terahertz Traveling Wave Tubes Folding Waveguides vacuum electronic amplifier 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 507
南京邮电大学电子与光学工程学院、 柔性电子(未来技术)学院, 江苏 南京 210023
基于金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合倾斜半环形谐振腔结构, 提出了一种结构紧凑且具有高灵敏度响应的折射率传感器模型。 引入与水平方向成70°角倾斜分布的半环腔, 可以有效地打破波导耦合谐振腔结构的对称型, 激发出更多的谐振模式。 采用有限元法计算出了含金属挡板MDM波导结构耦合有效半径为185 nm的倾斜半环腔结构的透射谱线, 三个具有非对称Fano线型的共振透射峰分别出现在594, 868及1 734 nm的波长位置。 透射峰值对应的模场分布揭示了三个透射峰分别对应于半环腔中的三阶、 二阶和一阶谐振模式, 记为FR3, FR2及FR1。 基于半环谐振腔内的1～3阶窄带谐振模与波导内金属挡板产生的宽带反射模之间的耦合干涉效应解释了透射谱线中的非对称Fano透射峰的形成机理。 同时基于半环腔中的类FP谐振条件推出了折射率传感灵敏度的近似解析计算公式, 揭示了折射率传感灵敏度近似与腔长L呈正比关系, 与谐振阶次m成反比关系的规律。 通过改变介质层中的折射率参数, 得到了透射峰FR3, FR2及FR1的折射率传感响应灵敏度分别为550, 840及1 724 nm·RIU-1。 最后在保持曲率半径不变的前提下, 延伸半环腔的弧长构建了开口角为π/2的开口环形腔结构, 实现了腔长L的1.5倍增长。 数值计算表明开口环形腔耦合MDM波导结构中的三重透射峰折射率传感灵敏度进一步提升到821, 1 250及2 517 nm·RIU-1, 相对半环腔结构均近似实现了1.5倍的提升。 数值结果进一步验证了近似解析公式的有效性。 研究结果为实现结构紧凑的高灵敏度折射率传感器设计提供了理论基础。
表面等离激元 MDM波导 Fano谐振 开口环形谐振腔 Surface plasmons polaritons Metal-dielectric-metal waveguides Fano resonance Split-ring cavity 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1746
1 江南大学 物联网工程学院, 江苏 无锡 214122
2 江南大学 先进技术研究院, 江苏 无锡 214122
模式转换器能够完成波导基模到高阶模的转换, 是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。文章基于薄膜铌酸锂（TFLN）波导, 提出了一种利用纳米线加载结构设计的模式转换器, 转换结构主要包括沿光传输方向以锥形方式排布的硅纳米线光栅及利用相变材料构建的矩形纳米线, 两者分别位于TFLN光波导顶部的两侧。基于上述结构进行了详细的设计与优化分析, 在中心波长为1.55μm, 转换长度仅为6μm的情况下, 实现了输入TE0模到输出TE1模的高效转换（模式转换效率97.6%, 串扰-19.7dB, 插入损耗0.31dB）; 进一步对转换结构进行横向扩展, 实现了输入TE0模到输出TE2、TE3以及TE4模的高效转换, 若继续扩展, 可获得其它高阶模。本器件及设计方法有望在TFLN光波导多模光传输方向发挥优势, 推动TFLN光子集成器件及回路的发展。
集成光学 集成光器件 光波导 铌酸锂 微光学器件 integrated optics integrated optics devices waveguides lithium niobate micro-optical devices
光子学报
2023, 52(10): 1052420
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
本文采用多级方法（MPM）对涂覆石墨烯的双椭圆和圆柱并行纳米线波导的基模的有效折射率进行了计算，并采用有限元法（FEM）对计算结果进行了验证。本文研究了两种计算方法的结果之间的相对误差随MPM展开项数的最大值、工作波长、费米能、椭圆柱形纳米线的半长轴及半短轴、纳米线表面之间的横向间距，以及圆柱形纳米线的相对高度等变化的规律。通过对照计算结果得到以下规律：随着级数展开项数增大，MPM的结果越接近FEM的结果；随着工作波长和费米能增大，有效折射率实部和虚部的相对误差均增大；随着圆柱形电介质纳米线的半径和椭圆柱形纳米线的半长轴增大，有效折射率实部的相对误差增大，而其虚部的相对误差减小；随着椭圆柱形纳米线的半短轴增大，有效折射率实部的相对误差减小，而其虚部的相对误差增大；随着纳米线表面之间的横向间距和圆柱形纳米线的相对高度增大，有效折射率实部和虚部的相对误差均减小。这些现象均可以通过场分布得到解释。在本文的计算范围内，相对误差均保持在10-3量级。该研究工作为混合型电介质并行纳米线波导的设计、制作和应用提供了理论基础。
石墨烯 纳米线 波导 多极方法 有限元法 光学学报
2023, 43(22): 2213002
1 河南师范大学电子电气工程学院, 河南 新乡 453007
2 河南省光电传感集成应用重点实验室, 河南 新乡 453007
3 河南省电磁波工程院士工作站, 河南 新乡 453007
4 河南省增材智能制造工程实验室, 河南 新乡 453007
为了提高偏振分束器的消光比，提出了一种由混合等离子体水平狭缝波导(HSW)和氮化硅混合垂直狭缝波导(VSW)组成的双槽超紧凑偏振分束器(PBS)。同时，包层材料为二氧化硅，既能防止混合等离子体氧化，又便于与其他器件集成。采用有限元方法仿真HSW和VSW的模态特性。HSW和VSW波导在特定的宽度下TE偏振模式是满足相位匹配的，而TM偏振模式相位不匹配。因此，HSW波导中的TE模式与VSW波导发生强耦合，而TM模式直接通过HSW波导。结果表明：在1.55 μm的TE模式下，PBS的消光比(ER)为35.1 dB，插入损耗(IL)为0.34 dB，在TM模式下，PBS的ER和IL分别为40.9 dB和2.65 dB。所设计的PBS有100 nm的工作带宽，具有高ER，低IL的特点，适用于光子集成电路(PICs)。
光子集成电路 偏振分束器 双槽波导 photonic integrated circuits polarization beam splitter slot waveguides. 
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
We propose a new type of dispersion-flattened waveguide without a slot-assisted structure that can obtain an ultra-flat group velocity dispersion profile with five or six zero-dispersion wavelengths in the mid-infrared region. The dispersion profile becomes less sensitive to the waveguide dimensions due to the absence of the slot-assisted structure, making waveguide fabrication more friendly. The dispersion profile varies between and ps/(nm · km) over a 2665 nm bandwidth from 2885 nm to 5550 nm with a flatness of nm2 · km/ps. Two different combinations of materials are demonstrated for dispersion flattening of the proposed waveguide structures. We also provide design guidance for the proposed waveguide structures with other combinations of materials.
integrated optical devices waveguides dispersion Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101302
