1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 重庆邮电大学智能通信与网络安全研究院，重庆 400065
提出了一种渐进式训练方案来重新配置马赫-曾德尔干涉仪（MZI）前馈光学神经网络（ONN）的相移，从而对抗MZI的相位误差和分束器误差，提高识别准确率。为了验证所提方案，利用Neuroptica Python仿真平台搭建了3层MZI-ONN结构，并在考虑到MZI相位误差和分束器误差的情况下，利用Iris和MNIST数据集验证了所提方案的有效性。仿真结果表明：在Iris数据集下，对于3层4×4 MZI-ONN结构，所提方案的识别准确率能够提升64.15百分点；在MNIST数据集下，对于4×4、6×6、8×8和16×16规模的MZI-ONN，所提方案的识别准确率能够提升2.00~37.00百分点。所提方案极大地提高了MZI-ONN的抗误差性能，有助于未来大规模、高准确率MZI-ONN的实现。
光计算 马赫-曾德尔干涉仪 光学神经网络 相位误差 分束器误差 渐进式训练 抗误差
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来科技）学院，江苏 南京 210023
提出了一种基于二维光子晶体的波导型宽带光子晶体1×3分束器，通过在波导分支处引入一个调控介质柱并优化其半径和偏移量，可以调控分束器各输出端口的透过率；通过在两分支波导内侧引入三组带宽优化介质柱并优化其半径，可以实现分束器的宽带特性。为了提高优化效率，获得性能优良的宽带分光比可设计的分束器，利用下山单纯形算法，根据特定的分光比目标，对提出的1×3分束器进行逆向设计和研究。结果表明，不仅提高了光子晶体分束器的优化效率，而且获得了性能优良的宽带分束器。设计的1×3等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗低于0.199 dB，均匀性小于0.119 dB，响应时间在0.5 ps以内；设计的1×3不等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗不大于0.177 dB，分束方差不大于6.88×10-4，响应时间在0.5 ps以内。该分束器在未来全光通信网、光子高密度集成等领域具有很好的应用前景。
光学器件 光子晶体 分束器 宽带 下山单纯形算法
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.
广西大学 计算机与电子信息学院, 广西 南宁530004
传统的解析理论设计方案存在计算复杂度高、有限解析解、耗时长等问题。为了解决以上问题，在传统的光器件设计基础上，提出一种依据逆向设计方法的分光比可调的光功率分束器方案。在1.92 μm×1.92 μm的紧凑区域内，引入Ge2Sb2Se4Te1(GSST)相变材料改变器件的折射率分布。利用直接二进制搜索算法搜索GSST晶态和非晶态的最优状态分布。设计实现同一种器件结构，分光比可调的T型光功率分束器。仿真分析了器件的初始结构、分光比、相变材料区域状态分布、制造容差以及光场分布。结果表明：分光比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1的3种光功率分束器在波长1530 nm−1560 nm之间的最小相对误差分别为0.004%、0.14%和0.22%，在制造容差范围内传输曲线最大波动分别是0.95 dB、1.21 dB、1.18 dB。该分光器结构紧凑，在光通信和信息处理领域有着较大的应用潜力。
纳米光子系统 光功率分束器 逆向设计 直接二进制搜索 nanophotonic system optical power splitter reverse design direct binary search
1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 上海科技大学大科学中心，上海 201210
4 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
为解决硬X射线自由电子激光装置难以提供皮秒至纳秒区间时间分辨的问题，提出了面向目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置分束延迟的系统设计。采用基于晶体衍射的延迟方法设计分束延迟光学系统，计算了延迟时间范围，模拟了系统光通量，搭建了一台样机并进行了光路对准实验。该设计采用空间分光方式，将入射脉冲分为两个部分，并通过路程差在二者之间引入时间延迟，具体的原理样机设计适用于光子能量在7~11 keV范围，最多能实现-15.4~503.3 ps的时间延迟。使用Shadow模拟了样机设计的光通量，两个分支光通量分别为33.54%和33.64%，符合1∶1的设计目标。使用绿光激光进行了样机的光路对准实验，证明该样机能使空间分光后的两束光重新复合，为后续X射线验证实验提供基础。该设计具有空间尺寸小、延迟范围大、入射能量和延迟时间连续可调的优点，为上海硬X射线自由电子激光装置的分束延迟系统研制提供参考。
光学设计与制造 分束器 X射线光学 自由电子激光 超快光学 时间延迟 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0122002
上海工程技术大学 数理与统计学院, 上海 201620
波长分束器是全光通信领域中至关重要的元器件。为满足日益复杂的微纳器件的设计要求, 提出将有限元方法和移动渐近算法、材料插值法结合, 形成了一种适应于微纳光子器件设计、计算速度更快、计算量更小的新逆设计智能算法, 这种算法可根据设计者给定的目标函数来完成优化设计, 对设计者的专业要求低, 适应范围广。基于这一算法, 成功地设计出尺寸为2μm×2μm、适用于片上集成的三通道波长分束器。三通道的信号透过率分别为47.5%、 53.4% 和52.5%, 消光比为36、9.6和20。为微纳器件的设计提供了一种新的思路和借鉴。
移动渐近线法 波长分束器 片上集成 method of moving asymptotes method wavelength beam splitter Chip-integrated
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
相比传统机械扫描, 光学相控阵技术在扫描精度、扫描速度、转动惯量等方面具有优势, 是实现大视场范围内多目标定位和三维成像的重要技术途径。随着微纳光子集成的发展, 硅基光波导光学相控阵器件得到了广泛研究, 并被视为全景光电成像和激光成像雷达的核心器件。介绍了硅基光波导光学相控阵的基本原理和数学模型, 并设计了一个16元相控阵器件, 对其温度场分布和热特性进行了分析。在此基础上, 对光栅耦合器、MMI分束器、波导光栅天线等关键元件进了有限元分析和仿真, 完成优化设计。基于该设计完成了器件的流片制备, 并搭建了性能测试验证平台。利用该平台对器件的扫描精度(1.2°)、扫描范围(大于 ±30°)和扫描速度(20 kHz)分别进行了测试, 验证了设计方法的可行性。
光波导 相控阵 电场分布 温度场 光栅天线 分束器 optical waveguide phase array electrical field distribution temperature field grating antenna beam splitter
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
硅基集成光波导具有很高的折射率对比度, 能将光场限制在纳米尺度, 是制备结构紧凑、高效的纳米光子器件的关键。但是, 高折射率对比度也会引起波导双折射效应。因此, 几乎所有纳米光子器件都是偏振相关的。偏振分束器是偏振分集光子集成电路中克服硅纳米器件强偏振依赖性的重要组成部分, 在片上相干通信、传感与环境检测等领域具有广阔的应用前景。目前报道的基于亚波长光栅波导结构的偏振分束器, 工作带宽在200nm以上, 消光比也超过了20dB。文章简述了各种类型偏振分束器的工作原理, 对其尺寸、消光比、带宽等方面的性能进行了比较, 分析了各类偏振分束器的优劣势, 最后总结了其主要应用场景并展望了未来发展方向。
集成光电子学 纳米光子器件 偏振相关 偏振分束器 integrated optoelectronics nanophononics devices polarization dependent polarization beam splitters
