重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
在785 nm激励的拉曼片上传感器结构中，氮化硅片上光栅耦合器的性能直接关系到激励光的耦合效果。首先建立了光栅耦合器的二维、三维结构模型，采用时域有限差分（FDTD）仿真软件对光栅耦合器进行数值分析。以耦合效率为主要性能指标，分析了光源入射角度、光栅常数、光栅高度、填充因子和光栅刻蚀深度各参数的影响。采用电子束光刻法制备了光栅耦合器。最后，对三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器进行了测试。结果表明，二维波导光栅耦合器的性能最好，其耦合效率可达39.64%，三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器在实际测试中的耦合效率能达19.91%。光栅耦合器能有效将光耦合进波导中，在波导传感中具有潜在的应用。
集成光学 光栅耦合器 氮化硅波导 结构优化 耦合效率
1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 国家信息光电子创新中心，武汉 430074
3 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
针对硅光芯片在应用中由于其模场较小存在耦合损耗较大的问题，文章利用一款硅光调制器芯片对其与单模光纤的耦合效率进行了研究。首先对模场匹配理论进行了分析，随后对硅光芯片以及耦合用的单模光纤进行了模场测试，提出了一种提高耦合效率的低成本耦合方式。实验结果表明，该单模光纤与硅光芯片的耦合效率达到70%。利用该方案制作了光组件并进行了四阶脉冲幅度调制 (PAM4)眼图测试，得到了较好的眼图。
硅光芯片 硅波导 耦合效率 单模光纤 silicon optical chip silicon waveguide coupling efficiency single mode fiber
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
针对微环谐振器用于折射率传感时动态范围较窄的问题, 提出了一种基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感技术, 使谐振波长漂移的计算能够不用考虑原始参考值以及增大折射率探测范围, 并验证高阶模对环境变化更敏感。通过理论分析, 建立仿真模型, 验证了该方法的可行性, 并使用具有不同折射率的待测溶液开展传感实验, 得到了91.79 nm/RIU的折射率灵敏度与10-5 RIU的分辨率。
微环谐振器 折射率传感器 氮化硅波导 micro-ring resonator refractive index sensor silicon nitride waveguide
1 长春理工大学理学院光电工程学院, 吉林长春 130022
2 渥太华大学光子学中心, 加拿大渥太华 ONK1N6N5
3 中国科学院苏州纳米所, 江苏苏州 215125
氧化硅波导芯层的侧壁粗糙度和角度是导致器件产生光损耗的主要原因之一。为精确测量沉积包层后氧化硅波导芯层侧壁角, 研究了一种利用光学成像显微镜测量波导侧壁角度的方法, 并详细分析了引起测量误差的显微物镜放大倍数与成像特征之间的关系。根据理论分析对波导侧壁角度的测量值进行了校正, 获得的实验结果与激光共聚焦测量结果相一致。利用该测量方法对 10组已沉积包层波导芯层侧壁角度进行了测量并与未沉积包层时激光共聚焦的测量结果进行对比, 得出测量精度在 ±1°以内。该方法为沉积包层后氧化硅波导器件芯层侧壁角度测量提供了一种精确可行的方案。
光学测量 氧化硅波导 光学成像显微镜 沉积后波导芯层 侧壁角度 optical measurement silica waveguide optical image microscope post-deposition waveguide core layer sidewall angle 光学 精密工程
2020, 28(12): 2588
上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
针对布里渊模拟信号处理系统小型化的需求, 提出一种基于掺杂氧化硅波导的受激布里渊散射瞬时频率测量(SBS-IFM)方案。这种方案在链路中添加锁相放大器与滤波器, 有效滤除了反射光, 放大并观测到了掺杂氧化硅波导中的布里渊增益信号。通过相对移动泵浦光和探测光的调制频率, 实现了基于掺杂氧化硅波导的SBS-IFM, 其IFM范围约15 GHz,精度达60 MHz。
微波光子 瞬时频率测量 布里渊增益 氧化硅波导 模拟信号处理 microwave photons instantaneous frequency measurement Brillouin gain silica waveguide analog signal processing
马鹏程 1,2孙思维 1,2,3,*刘丰满 1,2,3薛海韵 1,2,3[ ... ]曹立强 1,2,3
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司, 江苏 无锡 214135
光电探测器作为光通信系统的核心器件之一, 其性能对通信质量起着决定性的作用。随着光通信数据量的剧增, 传统的光电探测器已经不能满足需求。文章提出一种集成氮化硅波导的高性能硅基锗单行载流子光电探测器。借助Lumerical FDTD和DEVICE软件进行建模仿真, 通过对波导结构以及探测器尺寸进行设计, 最终该结构在1 550 nm波长和-1 V偏压下, 响应度高达0.97 A/W, 光电流线性输出>30 mA, 3 dB带宽高达28 GHz。
光通信 氮化硅波导 硅基锗 单行载流子光电探测器 optical communication Si3N4 waveguide silicon based germanium Uni-Traveling-Carrier PhotoDetector (UTC-PD)
重庆师范大学 物理与电子工程学院,重庆 401331
研究了具有不同中心载波波长的高功率双脉冲在微纳孔硅波导中的非线性光学过程和输出脉冲在时域与频域的波形特征。结果表明,由于双光子吸收、自由载流子吸收、自由载流子色散、自相位调制和交叉相位调制的非线性效应作用,在波导输出端,目标脉冲的不对称时域和频域脉冲波形被观察,而且脉冲波形的改变依赖于注入功率、初始宽度、波导长度和脉冲时延参数。
非线性光学 孔硅波导 双脉冲 非线性效应 Nonlinear optics porous silicon waveguide double pulses nonlinear effects
福州大学物理与信息工程学院微电子学系, 福建 福州 350108
通过考虑腔中的自发拉曼散射,提出一种新的绝缘体上硅(SOI)波导拉曼激光器物理模型。 仿真结果表明该模型能较好地描述其小信号输出特性,实现对该类激光器的快速分析、设计与优化。 利用模型对基于多种SOI波导的拉曼激光器进行分析,结果表明室温下只有采用拥有较大拉曼系数、较小线性 损耗和较短有效载流子寿命的SOI波导才能使拉曼激光器达到阈值。提出采用优化SOI波导截面几何尺寸的 方法来降低有效载流子寿命,进而提高整体拉曼增益。结果显示该方法可大幅提高SOI波导拉曼激光器的输出 功率和能量转换效率。
非线性光学 拉曼激光器 硅波导 集成光子学 nonlinear optics Raman laser silicon waveguide integrated photonics
1 石家庄经济学院 河北省光电信息与地球探测技术重点实验室，石家庄 050031
2 信息工程学院，石家庄 050031
3 中国矿业大学 (北京) 机电与信息工程学院，北京 100083
针对现有太赫兹辐射源在输出频率可调性及输出功率方面的局限性。本文从非线性介质的 Maxwell方程入手对非线性聚合物的光学性质进行理论分析，建立硅波导配置的数学模型。利用硅材料的高折射率，设计了硅太赫兹波导。分析了太赫兹波导模式图，讨论了硅太赫兹波导模式的有效折射率、波导损耗、连续波输出功率与输出频率的关系，实验结果表明：硅太赫兹波导产生的太赫兹波连续可调，输出太赫兹波频率范围宽至 0.1 THz到 15 THz，输出功率可达到微瓦级。
硅波导 波导配置 数学模型 性能分析 silicon waveguide waveguide configuration mathematical model performance analysis
