1 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 中兴通讯股份有限公司, 广东 深圳 518055
3 移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室, 广东 深圳 518055
系统地开展了基于光刻及湿法显影工艺制备的聚合物光波导散射损耗的理论及实验研究。研究了包括粗糙度、波导尺寸和工作波长等主要参数对散射损耗的影响, 采用激光共聚焦显微镜测量了光波导侧壁及上下表面的粗糙度。实验结果表明, 波导侧壁的平均粗糙度约为60nm, 是上下表面粗糙度的3倍。因此, 散射损耗主要由侧壁粗糙引起, 其大小是上下表面粗糙引入散射损耗的9倍。基于上述理论及实验结果, 通过优化波导设计, 制备了工作于1310nm波长、平均损耗为0.35dB/cm的低损耗单模聚合物光波导, 其作为高速高密度光背板的关键传输介质具有良好的应用前景。
1 河南仕佳光子科技股份有限公司, 河南 鹤壁 458030
2 郑州大学物理学院, 河南 郑州 450001
设计制备了一种低功耗的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型聚合物热光开关器件,为降低开关的功耗,将器件加热区的调制臂波导设计成悬浮波导,从而抑制波导芯区处热量向硅衬底的扩散。模拟结果显示,相比于传统波导结构的热光开关,悬浮波导结构可以明显减少热扩散。利用半导体工艺成功制备了具有悬浮波导结构的热光开关器件,在1550 nm工作波长下,热光开关的功耗为9.3 mW,消光比为21 dB,开关的上升和下降时间分别为392 μs和697 μs。
集成光学 集成光学器件 热光开关 聚合物波导 功耗 消光比
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Optoelectronic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, China
2 No. 38 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Hefei, 230088, China
3 School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, China
4 Photonics Research Group, Department of Information Technology, Ghent University-IMEC, 9000 Ghent, Belgium
A 2×2 optical waveguide coupler at 850 nm based on the multimode interference (MMI) structure with the polysilsesquioxanes liquid series (PSQ-Ls) polymer material and the imprint technique is presented. The influence of the structural parameters, such as the single mode condition, the waveguide spacing of input/output ports, and the width and length of the multimode waveguide, on the optical splitting performance including the excess loss and the uniformity is simulated by the beam propagation method. By inserting a taper section of isosceles trapezoid between the single mode and multimode waveguides, the optimized structural parameters for low excess loss and high uniformity are obtained with the excess loss of -0.040 dB and the uniformity of -0.007 dB. The effect of the structure deviations induced during the imprint process on the optical splitting performance at different residual layer thicknesses is also investigated. The analysis results provide useful instructions for the waveguide device fabrication.
Polymer waveguide coupler multimode interference Photonic Sensors
2016, 6(3): 234
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
选用紫外固化型环氧树脂，采用光刻技术在FR-4基板上制备了平行排布的多模聚合物光波导。波导具有阶跃折射率分布，相邻波导间隔为250 μm，可与并带后的50 μm芯径多模光纤实现多通道低损耗耦合。通过搭建测试平台，对波导的插入损耗、串扰及错位容限进行了测量与分析。实验结果表明，所制备光波导的损耗小于0.05 dB/cm，串扰小于-60 dB。波导在错位容限方面性能良好，当输入端错位±5 μm时，系统增加的插入损耗小于0.2 dB。同时根据实际波导建立仿真模型，采用光束传播法分析了不同入射条件下的模式能量分布、差分模式延时及耦合效率。计算结果表明，使用与波导具有相近纤芯尺寸的入射光纤不仅可以减小耦合损耗和串扰，还能减少激发起的高阶模式数，提高波导的距离带宽积，优化光波导的综合传输性能。所制备的聚合物光波导作为组成光印刷电路板的核心光器件具有良好的应用前景。
集成光学 聚合物光波导 光刻技术 传输损耗 错位容限 串扰
厦门大学 信息科学与技术学院, 福建 厦门361000
以SU-8光刻胶作为波导芯层材料, 设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论, 建立了金纳米粒子的消光模型, 理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明: 当待测液体折射率增大时, LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大, 传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰, 其中一个峰位于520 nm波长附近, 主要由表面等离子体吸收造成; 另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移, 主要由表面等离子体散射造成。
聚合物波导传感器 局域表面等离子体共振 金纳米粒子 polymer waveguide senesor localized surface plasmon resonance Au nanoparticles
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,吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林 长春 130012
设计并制作了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构的低功耗聚合物热光开关。聚合物材料具有低热导率和高热光系数的优点，可以有效降低热光器件的功耗。在SiO2 衬底上，采用热光系数较大的Norland 紫外固化胶(NOA73)作为波导芯层，聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物[P(MMA-GMA)]作为波导的上包层，设计了热光开关器件，并对光场和热场进行了模拟，采用传统的半导体工艺完成了热光开关器件的制备。器件的测试结果表明，在1550 nm 工作波长下，热光开关器件的消光比为20.2 dB，驱动功率仅为9.14 mW，开关的上升时间为174 μs，下降时间为292 μs。
光学器件 热光开关 集成光学材料 聚合物波导 马赫-曾德尔干涉仪
1 大连理工大学物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学生命科学与技术学院, 辽宁 大连 116024
3 大连理工大学化工学院, 辽宁大 连 116024
4 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
温度敏感性是影响波导微环光学生化传感器性能的重要因素。从微环谐振方程出发分析了微环传感器温度敏感性产生的机理，研究了以SU8-NOA61-SU8 三明治结构聚合物衬底代替传统硅衬底，利用衬底的热膨胀效应抵消波导的热光效应，来消除聚合物波导微环光学生化传感器的温度敏感性。采用ANSYS软件对三明治衬底的厚度进行了仿真设计，得到了温度不敏感条件下的衬底厚度参数。对SU8 和NOA61 旋涂成膜工艺进行了实验研究，得到SU8和NOA61的膜厚控制精度分别为0.07 μm@20 r/min 和0.34 μm@20 r/min。分析得到三明治聚合物衬底波导微环传感器的温度敏感性和探测极限值，达到了带有温控装置的硅衬底聚合物波导微环传感器的性能。
集成光学 聚合物波导 微环 光学生化传感器 温度敏感性 光学学报
2015, 35(11): 1113004
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
随着太赫兹技术的不断发展，太赫兹波导一直都是研究的热点，由此各种波导应运而生。相比于金属波导，聚合物材料波导在可弯曲和低损耗两方面都具有比较明显的优势。总结了波导技术应用于太赫兹领域的研究现状，重点总结了基于不同原理、不同结构的太赫兹聚合物波导，包括基于介质界面全反射的太赫兹聚合物波导和基于反谐振原理的太赫兹聚合物波导等。最后简要介绍了太赫兹聚合物波导的应用现状以及后续可行的工作方向。
光学器件 太赫兹 聚合物波导 亚波长 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 080003
1 电子科技大学 通信与信息工程学院, 成都 611731
2 四川省宜宾市61902部队, 四川 宜宾 644000
利用具有相反热光特性的氮氧化硅与聚合物材料,采用混合集成波导结构设计了一种低功耗S型可变光衰减器.该衰减器以聚合物为芯层材料,氮氧化硅为包层材料,在弯曲波导上方制作加热电极从而通过热光效应来实现可调谐的衰减功能.理论分析表明,对于1.55 μm的工作波长,衰减器实现50 dB的衰减仅需要3.6 mW的功率.实验结果可实现0~40 dB的衰减范围,相应的最大温度变化为70.4℃,器件插入损耗为5.4 dB.
可变光衰减器 热光原理 混合集成 氮氧化硅 聚合物 S弯曲波导 Variable optical attenuator Thermo-optic effect Hybrid integrated Silicon oxynitride Polymer waveguide S-bend waveguide
