1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
本文主要分析了弯曲波导损耗机理, 包括传输损耗、辐射损耗、模式转换损耗。重点综述了设计低损耗弯曲波导的方法, 包括波导材料、弯曲波导的曲线形状、波导种类、脊型波导的宽度、脊高、弯曲半径、模场分布、弯曲波导曲线形状和其他新型波导结构等。简要概括了近年来设计和制备低损耗弯曲波导的代表性工作。介绍了弯曲波导在集成光学中的应用。通过对弯曲波导的损耗及耦合机制理论的不断完善, 实现光在较小弯曲半径的低损耗传输, 从而提高集成光学的集成度是弯曲波导今后的发展趋势。
弯曲波导 集成光学 低损耗波导 bent waveguide integrated optical Silicon-on-insulator(SOI) SOI low-loss-waveguide
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
1 北京工业大学 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
2 Department of Electrical Engineering, University of Texas at Dallas, Richardson, TX 75080, USA
高速光开关是实现光传输路径变换的关键器件之一. 对于目前马赫-曾德型光开关本身占据的尺寸较大或者在一维方向上尺度较长的缺点, 提出了一种利于高度集成的矩形马赫-曾德2×2光开关单元结构. 器件由基于受抑全内反射原理的沟槽型微纳分光/合光器和90°弯曲波导的L型参考/相移臂两者构成, 极大地减小了由此构成的马赫-曾德光开关器件的尺寸. 利用硅的热光效应, 举例设计了开关器件的L型相移臂上升50℃实现π相移时需要的总长度约为84 μm. 同时采用有限元法分析得到在NiCr金属电极加热器上施加电压3.5 V时, 可以使相移臂内的脊波导层上升温度约为50℃; 模拟了介质覆盖上包层不同SiO2厚度时的时间响应特性, 选用上包层SiO2厚度为0.5 μm时得到器件上升时间35 μs、下降时间48 μs的开关速度. 最后使用Rsoft FullWAVE软件模块时域有限差分法仿真验证了热光开关器件的开关功能. 设计的硅基矩形结构马赫-曾德2×2热光开关的平面尺寸为56×38 μm2. 器件具有高效紧凑的特点, 使其布局配置易于向二维方向扩展, 并潜在应用于硅基高密度光子集成回路及片上光互连系统.
集成光学 光学器件 有限元法 时域有限差分法 热光开关 马赫-曾德干涉仪 受抑全内反射 90°弯曲波导 Integrated optics Optical devices Finite element method Finite difference time domain method Thermo-optical switch Mach-Zehnder interferometer Frustrated total internal reflection 90° waveguide bend
文章提出一种关于非对称电极低串扰数字光开关的新型设计方案，在Y分叉后端引入S弯曲波导，通过在Y分叉处的非对称电极和弯曲波导的弯曲电极处施加一定的同步电压，实现了比没有S弯曲的开关更低的串扰。此种设计采用有限差分光束传播方法(FDBPM)来分析，模拟结果显示，在光波长为1.55 μm时，开关电压8 V，串扰＜-25 dB。
数字光开关 非对称电极 S弯曲波导 铌酸锂 Digital Optical Switch (DOS) asymmetrical electrode S curve waveguide Lithium niobate
深圳大学,光电子学研究所,广东省光电子器件与系统重点实验室,深圳,518060
半导体光放大器的耦合光纤形成的外腔反馈通过引入弯曲损耗得以抑制.通过对半导体光放大器有源波导引入对前、后向光场非对称散射损耗,以前向光场部分损耗为代价,反馈光场能量被分布式地较强辐射.时域有限差分法仿真研究表明,通过优化弯曲有源波导的结构,相对于通常的有源直波导,在相同的材料增益和输入、输出条件下,反馈可以下降10 dB以上.由此可以简化高增益半导体光放大器的器件结构.
半导体光放大器 有源弯曲波导 反馈抑制
中国科学院半导体研究所，集成光电子国家重点联合实验室，北京 100083
利用高阶Pade近似的2D－BPM算法，对具有不同弯曲半径及交叉角度的SOI弯曲交叉波导的传输特性进行了模拟、分析和深入研究，发现交叉波导的串扰随弯曲半径及交叉角度增大而减小的规律．在此基础上，对由正弦弯曲、余弦弯曲以及圆弧弯曲三种弯曲波导构成的SOI交叉波导的损耗及串扰特性进行了分析比较．结果表明，由正弦弯曲构成的交叉波导传输损耗最小且串扰最小．
导波光学 交叉波导 弯曲波导 Guided wave optics Silicon-on-insulator (SOI) SOI Intersecting waveguide Waveguide bend
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江,杭州,310027
为有效提高FDTD方法应用于较大规模仿真的运算效率,提出FDTD子域合成算法.该法通过直接减小计算面积从而优化建模区域.将之应用于光波导的计算机仿真中,并对弯曲波导进行了数值模拟以验证方法可行性.结果证明子域合成法可以大大节省FDTD仿真运算所占用硬件资源与计算时间,提高仿真效率.
时域有限差分法(FDTD) 子域 大尺度 弯曲波导
电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054
基于耦合波理论,波导轴线采用常规圆弧弯曲和改进的正弦弯曲结构,对TE0i-TM11模式变换器进行全面优化分析,计算中考虑了多模、反向波、金属壁所带来的欧姆损耗以及相位重匹配等因素.以正弦弯曲设计的Ka波段TE01-TM11模式变换器的转换效率达到99%,带宽超过32%,并得出常弯曲结构中波导半径、波导曲率、变换器长度和转换效率之间的关系.
高功率微波 弯曲波导 模式耦合
