1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
为实现单模光纤与锗硅材料器件的垂直耦合并提高耦合效率，设计了一种锗硅光栅耦合器。通过在硅衬底上增加金属反射层来提高光栅的耦合效率，并利用时域有限差分法仿真软件对锗硅光栅的刻蚀深度、刻蚀槽宽和光栅周期等结构进行了优化。然后，分析了有无金属反射层时的功率和电场分布情况，计算了光栅耦合效率。仿真结果表明，在最佳工作波长1466 nm处，有金属反射层均匀光栅得到的光栅最大耦合效率为-1.34 dB，相比无金属反射层光栅，最大耦合效率提高了9.4 dB，并且光在波导中的定向性得到了明显的改善。另外，为进一步提高耦合效率，在均匀光栅的基础上仿真设计了两步变迹光栅，相比均匀光栅最大耦合效率提高了0.55 dB。同时，对耦合光栅中的金属层厚度、锗硅材料折射率和光栅尺寸三个方面行了工艺容差分析，结果表明，所设计的耦合光栅对工艺偏差具有较高的容忍度。最后，制作了锗硅耦合光栅器件，测试结果表明，在工作波长1465 nm处，获得了-2.7 dB的最大耦合效率。
集成光学 锗硅材料 垂直耦合 光栅耦合器 金属反射层 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1913002
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Information Optics and Optoelectronic Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510000, China
A planar-integrated optical system (PIOS) represents powerful optical imaging and information processing techniques and is a potential candidate for the realization of a three-dimensional (3D) integrated optoelectronic intelligent system. Coupling the optical wave carrying information into a planar transparent substrate (typically fused silica) is an essential prerequisite for the realization of such a PIOS. Unlike conventional grating couplers for nano-waveguides on the silicon-on-insulator platform, the grating couplers for PIOS enable to obtain a higher design freedom and to achieve much higher coupling efficiency. By combining the rigorous coupled wave algorithm and simulated annealing optimization algorithm, a high-efficiency asymmetric double-groove grating coupler is designed for PIOS. It is indicated that, under the condition of the normal incidence of TE polarization, the diffraction efficiency of the st order is over 95%, and its average value is 97.3% and 92.8% in the C and C+L bands. The simulation results indicate that this type of grating coupler has good tolerance and is expected to be applied in optical interconnections, waveguide-based augmented reality glasses, and planar-integrated 3D interconnection optical computing systems.
double-groove grating vertical coupling planar integration optical computing Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 090501
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200072
2 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200072
提出了一种基于准分子激光制备45°微反射镜的新方法──激光阶梯刻蚀法，介绍了该方法的工艺流程。通过优化参数制备了微反射镜样品，详细分析了样品参数对微镜反射性能的影响。利用微反射镜样品进行垂直耦合实验，深入讨论了影响系统损耗的主要因素。实验结果表明，微反射镜样品造成的损耗约为3.5 dB。该制备方法有望在大尺寸光波导互连背板耦合器件的研制中得到广泛应用。
激光技术 光波导 45°微反射镜 激光阶梯刻蚀法 垂直耦合 中国激光
2016, 43(11): 1101003
1 浙江工业大学理学院, 浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学生物与环境工程学院, 浙江 杭州 310014
垂直耦合结构纳米微环谐振器是光子集成电路的重要组成单元。主要研究了与其实际制作相关的工艺失准问题。针对高折射率差波导材料垂直耦合结构纳米微环谐振器，先用耦合模理论解析方法研究了耦合系数与直波导和微环波导耦合层厚度d以及横向偏移量Δ之间的关系，为三维时域有限差分法（3D-FDTD）的精确数值计算确定了模拟范围。之后结合解析方法和3D-FDTD数值计算研究了Δ和d的制作工艺容差。研究发现，当d=30 nm，偏移量Δ在130~265 nm之间变化时，耦合系数始终保持在较高值，为垂直耦合结构纳米微环谐振器的工艺制造提供了很大容差，对其实际制作较有意义。
集成光学 微环谐振器 垂直耦合 工艺容差 耦合模理论 时域有限差分法 光学学报
2011, 31(12): 1213001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
对红外傅里叶变换光谱仪动镜支撑机构的核心部分—柔性铰链机构进行了研究。以柔性单补偿杆式机构为基体,设计出一种柔性双补偿杆式机构。利用有限元分析软件Patran和Nastran对其进行了模拟计算，并和目前国内最好的柔性单补偿杆式机构进行比较。然后，根据模拟计算得出的结构参数加工出简易实物，并对实物进行了实验测试及误差分析。结果表明，在模拟计算中，柔性双补偿杆式机构使动镜的垂直耦合位移缩小为柔性单补偿杆式机构的6.8%；误差分析认为柔节的长度公差是引起动镜垂直耦合位移的一个重要因素。因此，若要提高动镜支撑机构的精度，加工时必须严格控制与柔节相关的尺寸公差。
红外傅里叶变换光谱仪 迈克尔逊干涉仪 动镜机构 柔性铰链机构 有限元分析 垂直耦合位移 infrared Fourier transform spectrometer Michelson interferometer mechanism of moving mirror flexure hinge mechanism finite element analysis vertical coupling displacement
