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.
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 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
大带宽光子滤波器被广泛应用于稀疏波分复用系统中，而在硅基芯片上实现结构紧凑、性能优良的超大带宽滤波器仍然是该领域研究的重点。提出一种基于光栅辅助反向耦合器的超大带宽硅基光子滤波器。利用窄波导更低有效折射率和更分散电场分布的性质，实现了带宽为92.9 nm、器件长度为250.6 μm的超大带宽滤波器。该滤波器具有矩形度高、带宽大、损耗低等优势，能满足稀疏波分复用系统中解复用等需求。
集成光学 稀疏波分复用 硅光子学 滤波器 光子集成电路
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 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
相移光栅是光子集成电路的基本元件之一，被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比，反向耦合型相移光栅无需光环形器，易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应，通过将不同周期的波导光栅组合在一起，实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势，能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。
光栅 相移光栅 光子集成电路 Moire效应 反向耦合型相移光栅 硅光子学
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所，硅基材料与集成器件实验室，上海 200050
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西安理工大学 电子工程系，西安 710048
4 上海微技术工业研究院，上海 201800
由于金属固有的欧姆损耗，表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此，提出了一种全介质反槽波导结构，该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输，归一化模式面积可以达到3.4×10-2。另外，为了实现该小尺寸反槽波导与输入/输出光纤的高效耦合，提出了一种高效的耦合方案，耦合效率可以达到92.7%，在y和z方向上1 dB损耗的耦合偏差均约为2 μm。
光子集成电路 纳米光子学 波导 photonic integrated circuits nanophotonics waveguide
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院, 重庆 400065
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 211189
3 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
提出了一种基于绝缘体上硅的低纹波因数、高形状因子的片上光学平顶滤波器方案。该方案采用跑道型环谐振器辅助非对称马赫-曾德尔干涉仪结构,可实现纹波因数(通带最大功率与最小功率之比)约0.11 dB、形状因子(3 dB带宽与20 dB带宽之比)约0.79、旁瓣抑制比约22.78 dB、插入损耗约0.22 dB、自由光谱范围(FSR)约5.22 nm的滤波谱线。在不改变结构的情况下,通过成比例缩小相关尺寸,滤波曲线的FSR可相应变化。当尺寸缩小为原来的58%时,FSR增加至11.17 nm、形状因子为0.81、插入损耗为0.21 dB、纹波因数和旁瓣抑制比分别约0.14 dB和16.83 dB。最后,模拟了小尺寸滤波器在实际制作中工艺误差对器件滤波性能的影响,并进一步提出和证明利用片上微型热电极对该器件进行加热可有效削弱此影响的结论。该平顶滤波器具有尺寸小、质量小、制造简单、工艺容差大、纹波因数低、形状因子高、损耗小等优势,可广泛应用于频率梳产生、光开关等光信号处理领域。
集成光学 光子集成电路 平顶滤波器 跑道型微环谐振器 光学学报
2021, 41(24): 2413001
红外与激光工程
2021, 50(7): 20211048
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院, 重庆 400065
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 211189
3 重庆声光电有限公司, 重庆 400060
光功率分配器(OPS)是光子集成电路的基本元件之一,广泛应用于多种领域。功率分配比(PSR)可调的OPS可提高光子集成电路的灵活性,简化光子集成电路系统。提出了一种硅基PSR大范围可调的OPS集成芯片方案,通过将对称2×2多模干涉仪、波导光栅和狭缝结构等硅基器件结合在一起,并改变输入光信号的波长和微型热光调制器两端加载的电压,实现了大范围可调的PSR。实验结果表明,本方案得到的两种OPS结构可分别在6.72 nm和5.56 nm波长范围内实现0.51~36.91和0.88~230.46的PSR变化;在50 ℃的温度变化下,可实现8.58~29.75和5.01~425.43的PSR变化。且该OPS具有尺寸小、质量轻、灵活性高等优势,可广泛应用于光开关、信道划分、功率分配等通信和信号处理领域。
集成光学 分光器 全光器件 硅光子学 光子集成电路
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院, 重庆 400065
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 211189
反射镜作为光子集成电路的基本元件,被应用于量子通信、智能电网、航空航天等多种领域。高反射率、低温度敏感性的片上光反射镜可以大大简化光子集成电路系统,提高光子集成电路的可靠性和稳定性。因此,提出了一种基于绝缘体上硅的高反射率、低温度敏感性片上光反射镜方案。该方案采用Sagnac环结构,可在3.41 nm波长范围内实现超高反射率(反射率大于90%),在32.85 nm波长范围内实现高反射率(反射率大于80%)。通过片上微型热电极对该反射镜进行加热,结果表明,当微型热电极的功率从0 mW逐渐升高至6 mW时,在1566.5~1568.58 nm波长范围内反射镜的波长漂移量小于0.045 nm,反射率变化小于0.19 dB。该反射镜具有尺寸小、质量轻、制造简单、反射率高、损耗小、温度不敏感等优势,可广泛应用于激光器、微波光子滤波器、光传输网等通信和信号处理领域。
集成光学 光反射镜 Sagnac环 硅光子学 光子集成电路
中国科学技术大学, 光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
提出一个混合双楔形等离子体波导, 该波导由两个楔形介质波导和一个菱形金属线组成.电介质楔形波导模式和长程表面等离子体模式的耦合使得该波导可以获得低损耗的传播和超深的亚波长的模式局域性.混合双楔形等离子体波导在得到一个532 μm的传播长度的同时可以得到一个2.9×10-3的超小的归一化模式面积或者在得到一个6.2×10-3的归一化模式面积的同时可以得到一个3028 μm的超长的传播距离.此外, 还研究了制作过程中可能存在的误差对该波导模式性质的影响.计算结果表明,该混合双楔形等离子体波导具有一定的制作容差性.
波导 表面等离子体 光子集成电路 waveguide surface plasmon polariton photonic integrated circuits
兰州大学信息科学与工程学院现代通信技术研究所, 甘肃 兰州 730000
提出并数值分析了基于混合表面等离子激元(HSPPs)的新型金属-介质-金属(MDM)波导，这种波导是由介质纳米线两侧的金属三角楔形结构构成。在通信波长1.55 mm 情形下，基于有限元方法(FEM)进行了分析和数值计算，计算结果表明光波能够被限制在超深亚波长区域，并且相比于没有三角楔形的波导结构具有更长的传播长度。更进一步的研究显示出该三角形半导体波导具有尖端增强效应，在三角楔形的顶角为120°时，其传播长度提高了18%且模式面积减小为原来的65%，因此这种混合表面等离子激元波导可应用于激光器、耦合器以及光子集成电路的设计中。
集成光学 光子集成电路 表面等离子激元波导 有限元法 1 dB 角宽 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 091301
