基于微环谐振腔的微波光子滤波器（MPF）以其优异的可调谐特性得到了广泛关注和研究，但通常微环的带宽决定了所实现的MPF带宽，进而限制了滤波分辨率。本文提出并验证了一种基于三微环级联的MPF，相比单个微环，通过多引入两个微环谐振腔，使光载波与±1阶光边带拍频后的相位差谱从0~π变得更陡峭，从而实现了MPF带宽压缩。实验结果表明，本文提出的基于级联三微环的MPF在不提升微环本身Q值的前提下，相比基于单微环的MPF，滤波带宽压缩了约69%，3 dB衰减斜率提高了约3.6倍，实现了更精细的滤波；另外，该MPF还实现了11.5~20.3 GHz的频率连续调谐和187.1~1597.0 MHz的带宽连续调谐。

为有效地提高片上光交换网络的交换容量及规模，提出了一种基于波长和模式混合复用的无阻塞片上光交换网络架构。首先设计了基于微环谐振器的波长和模式混合复用的2×2光开关，并采用Benes拓扑互连成大规模无阻塞的交换网络。此外，通过设计波长和模式选择及复用模块，使所有节点间能够并行传输数据，并支持多播通信。为了验证所提观点，利用Ansys Lumerical 仿真平台模拟了一个支持2种模式和4种波长混合复用的16×16光交换网络。仿真验证了所提交换网络能够实现所有节点间多维复用信号的并行数据交换，且16×16网络的最大插入损耗小于2.1 dB，模间串扰小于-18.4 dB，网络最大和最小插入损耗差值小于0.5 dB，证明该交换网络具有良好的公平性。最后将所提结构与传统的基于单波长单模式以及多波长单模式的光交换网络进行对比，证明了所提结构可以在不增加波长成本的情况下提升交换网络的容量及节点的规模。

本文对基于级联反谐振微环的1×N树状波束成形网络芯片进行了理论分析。该结构采用反谐振微环实现低延迟抖动、大带宽的光学真延迟，并利用树状结构来减少延迟单元的数量，可用于宽带大规模微波光子相控阵天线系统中。针对微环单元初始状态随机的问题，本团队构建了一套自动化标定系统，利用光谱与微波延迟谱联合迭代优化来精准控制微环延迟量和谐振波长。测试了基于氮化硅的1×8低损耗波束成形网络芯片中的最长路径，实现了路径中所有21个级联微环的延迟离散调节，测得最大延迟量为560 ps，延迟抖动小于11.2 ps；同时验证了3个微环的延迟连续调节，3个微环在0～8 GHz带宽内的延迟抖动小于7.5 ps。本系统可以消除微环间热串扰对微环状态标定的影响，同时降低了芯片与硬件系统的复杂度。

环形谐振腔可用于高精度高灵敏度传感，将环形谐振腔与悬臂梁式压力传感器相结合，推导了该压力传感器的灵敏度的表达式，灵敏度会随着所施加压强的不同而变化，当施加的压强为1 kPa时，灵敏度为71.73 pm/kPa。采用低损耗的绝缘体上铌酸锂（LNOI）来设计环形谐振腔，极大地提高了压力传感器的Q值，可提高测得压力的精度。深入分析了临界耦合与非临界耦合、波导损耗、环形波导周长对Q值的影响，并借助Matlab对其进行了分析。结果表明：对Q值影响最大的是波导损耗；环形波导周长增加不会直接增大Q值，但会降低损耗，从而间接增大Q值。计算结果表明，当环形波导半径为80 μm，损耗为0.6322 m^-1时，Q值高达5.7×10⁶。

为了使折射率传感器具有高品质因子和高灵敏度,提出一种基于槽型光波导的一维光子晶体微环谐振器。该结构中两种不同状态的光模式在不同的光路上相互干涉而产生Fano共振,这种非对称线型的结构能够获得更高的消光比和品质因子,在折射率传感方面也有更好的灵敏度。采用时域有限差分法对结构进行分析和模拟仿真。仿真结果表明,所提结构的品质因子达到30950,比传统微环谐振器提高4倍以上;消光比为29.08 dB,比传统微环谐振器高出16.89 dB。在折射率传感特性的分析中,所提结构的灵敏度达到344 nm/RIU,比传统微环谐振器提高3倍;灵敏度检测下限为1.4×10 -4 RIU。

Sagnac干涉仪在光学滤波领域有着重要应用。基于三维氮化硅波导平台,利用双层的多微环系统实现了新型类Sagnac谐振滤波系统,其中底层主微环腔分别与顶层输入/输出波导和单/双子微环实现了反馈耦合。光经耦合区域产生了两束相向传输并互相干涉的光波,从而实现了滤波波形和谐振峰位可调的滤波结构。基于传输矩阵和迭代方法分析输出光谱,通过改变波导与微腔的耦合系数设计输出光谱波形,利用金属加热电极调制主微腔的相位以调控谐振峰位。理论分析和实验表征结果表明,通过增加顶层子微环数可有效增强器件的密集滤波效果,此三维集成结构可提供更多的设计自由度。相关的多微环谐振滤波系统可以广泛应用于光通信和光传感等领域。

We propose a new kind of microring resonators (MRR) based on 4 × 4 multimode interference (MMI) couplers for multichannel and highly sensitive chemical and biological sensors. The proposed sensor structure has advantages of compactness and high sensitivity compared with the reported sensing structures. By using the transfer matrix method (TMM) and numerical simulations, the designs of the sensor based on silicon waveguides are optimized and demonstrated in detail. We apply our structure to detect glucose and ethanol concentrations simultaneously. A high sensitivity of 9000 nm/RIU, detection limit of 2 × 10^-4 for glucose sensing and sensitivity of 6000 nm/RIU, detection limit of 1.3 × 10^-5 for ethanol sensing are achieved.

提出一种新颖的单片集成双微环耦合的双波长半导体激光器结构.集成于激光腔内的2个微环谐振腔作为模式选择滤波器,通过游标效应选择谐振模式,同时还可作为等效的反射镜面以形成行波腔.这种无需解理的行波激光腔代替了需要解理面的法布里-珀罗驻波腔.理论仿真表明,跟驻波腔结构相比,行波腔双微环激光器结构简单,可获得约34 mA的较低的阈值电流和大于31 dB的边模抑制比.合理地控制有源区的增益峰值和谐振模式分布,该激光器能提供一致性和稳定性较好的双波长激光输出.

提出并实现了一种基于微环谐振器的2位光学数模转换器, 该器件由2个微环谐振器和2个1×2光学分束器构成, 该结构可以将一个2位电学数字信号转换成一个光学模拟信号。在SOI晶圆上制备出该光学数模转换器, 采用热光效应调制微环谐振器。在输出端口得到光学模拟信号。通过静态光谱测试, 确定微环谐振器的驱动电压和工作波长, 最终展示了50ksamples/s的动态数模转换结果。

对存在光损耗的串联双微环谐振器的滤波特性进行了研究.在理想耦合条件下，当环间耦合系数确定时，分析了光损耗的大小对主谐振峰的透过率、带宽、形状因子，以及伪模峰值透射率的影响，揭示了光损耗对滤波特性影响的规律.分析结果表明：主谐振峰和伪模的透射率随损耗的增大而下降，环与直波导间的耦合系数随损耗的增大而变小，而带宽和形状因子无明显变化；有损耗时环与直波导间的耦合系数不能过大也不能过小.