电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
提出了一种基于级联非对称Y分支的紧凑、宽带、高效的LP01-LP11a模式转换器。制作的聚合物波导模式转换器具有1.5 mm×14.0 μm的紧凑尺寸，对于C+L波段的x偏振和y偏振光，其模式转换效率大于98%，串扰小于-17.5 dB，插入损耗低于5.8 dB。所提出的模式转换器可以应用在宽带模分复用传输系统中。
光纤光学 光学器件 模式转换器 模分复用 聚合物波导 集成光学 非对称Y分支
1 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
2 中兴通讯股份有限公司, 广东 深圳 518055
3 移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室, 广东 深圳 518055
系统地开展了基于光刻及湿法显影工艺制备的聚合物光波导散射损耗的理论及实验研究。研究了包括粗糙度、波导尺寸和工作波长等主要参数对散射损耗的影响, 采用激光共聚焦显微镜测量了光波导侧壁及上下表面的粗糙度。实验结果表明, 波导侧壁的平均粗糙度约为60nm, 是上下表面粗糙度的3倍。因此, 散射损耗主要由侧壁粗糙引起, 其大小是上下表面粗糙引入散射损耗的9倍。基于上述理论及实验结果, 通过优化波导设计, 制备了工作于1310nm波长、平均损耗为0.35dB/cm的低损耗单模聚合物光波导, 其作为高速高密度光背板的关键传输介质具有良好的应用前景。
1 中国科学院深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055
2 深南电路股份有限公司, 广东 深圳 518117
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
现有的柔性波导器件存在加工制备难、机械柔韧性有限、可靠性程度低等难题。基于中性面理论,以聚酰亚胺(PI)薄膜为衬底,设计并制作了具有三明治叠层结构的柔性多模聚合物波导,通过多层中性面的构筑赋予柔性波导优异的结构可靠性和机械柔韧性。所制备的柔性聚合物波导具有低传输损耗(0.16 dB/cm@850 nm)和低通道串扰(<-40 dB)的特性。通过微机械设计使在机械变形过程中施加在波导芯层上的应变最小化,波导表现出优良的机械弯曲性能,其最小弯曲半径低至3 mm,且以1 mm弯曲半径弯曲1000次后,其传输损耗无明显增加。可靠性测试实验结果表明,柔性波导具有优异的热稳定性、耐老化性能以及可加工性能,经过湿度循环、温度循环以及无铅回流焊处理后,波导的传输性能并未发生明显劣化。该研究为具有优异机械柔性和环境可靠性的柔性聚合物波导的规模化生产和应用提供了一定的理论与技术指引。
光学器件 柔性聚合物波导 传输损耗 通道间串扰 性能可靠性
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
光纤与平面光波导高效耦合是光波导器件互联设计中的重要环节,常用的倒锥波导已经解决了光纤与波导芯片之间的模式不匹配问题。然而,高折射率差波导与光纤耦合时通常需要较小的尖端尺寸(<180 nm),加工复杂且波导易坍塌。设计了一种宽波段(可见光和近红外波段)光纤-波导水平耦合器,通过引入聚合物SU-8锥形结构,提高了三端口分支波导的线宽,实现了850 nm波段超过300 nm的1 dB有效带宽。
集成光学 耦合器 波导 光通信 聚合物波导
1 集成光电子学国家重点实验室, 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林 长春 130012
设计并制备了一种基于非对称定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关。该器件由一个单模波导和一个双模波导组成。在双模波导上制作金属加热器,通过向加热器提供驱动电压,可以实现单模波导中的LP01模与双模波导中的LP11a模的转换。选用硅作为衬底,聚合物EpoClad和SU-8分别作为波导的包层与芯层材料,采用传统的半导体微加工工艺制备了热光模式开关器件。当工作波长为1550 nm时,热光模式开关的消光比可以达到14.6 dB,驱动功率为29.6 mW,模式开关的上升时间和下降时间分别为660 μs和480 μs。该器件在可重构模分复用系统中具有广阔的应用前景。
集成光学 模式开关 热光效应 聚合物波导 定向耦合器
1 河南仕佳光子科技股份有限公司, 河南 鹤壁 458030
2 郑州大学物理学院, 河南 郑州 450001
设计制备了一种低功耗的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型聚合物热光开关器件,为降低开关的功耗,将器件加热区的调制臂波导设计成悬浮波导,从而抑制波导芯区处热量向硅衬底的扩散。模拟结果显示,相比于传统波导结构的热光开关,悬浮波导结构可以明显减少热扩散。利用半导体工艺成功制备了具有悬浮波导结构的热光开关器件,在1550 nm工作波长下,热光开关的功耗为9.3 mW,消光比为21 dB,开关的上升和下降时间分别为392 μs和697 μs。
集成光学 集成光学器件 热光开关 聚合物波导 功耗 消光比
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 首都师范大学 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
3 清华大学 电子工程系, 北京 100084
利用太赫兹时域光谱系统对三种反谐振波导的太赫兹谱进行了研究, 这三种波导分别是PMMA管型波导, PMMA自支撑结构波导和SiO2管型波导.该研究验证了三种波导的太赫兹传输基于反谐振理论, 并在实验上实现了PMMA自支撑结构波导超过2 THz的宽光谱传输.同时, 对基于反谐振原理的太赫兹物质传感进行了理论和实验分析, 为物质探测提供了一种可行的手段.
聚合物波导 光纤传感器 太赫兹光谱 宽谱传输 反谐振原理 polymer fiber optics fiber optics sensors terahertz spectroscopy broadband transmission anti-resonance
厦门大学 信息科学与技术学院, 福建 厦门361000
以SU-8光刻胶作为波导芯层材料, 设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论, 建立了金纳米粒子的消光模型, 理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明: 当待测液体折射率增大时, LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大, 传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰, 其中一个峰位于520 nm波长附近, 主要由表面等离子体吸收造成; 另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移, 主要由表面等离子体散射造成。
聚合物波导传感器 局域表面等离子体共振 金纳米粒子 polymer waveguide senesor localized surface plasmon resonance Au nanoparticles
吉林大学电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林 长春 130012
设计并制作了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构的低功耗聚合物热光开关。聚合物材料具有低热导率和高热光系数的优点，可以有效降低热光器件的功耗。在SiO2 衬底上，采用热光系数较大的Norland 紫外固化胶(NOA73)作为波导芯层，聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物[P(MMA-GMA)]作为波导的上包层，设计了热光开关器件，并对光场和热场进行了模拟，采用传统的半导体工艺完成了热光开关器件的制备。器件的测试结果表明，在1550 nm 工作波长下，热光开关器件的消光比为20.2 dB，驱动功率仅为9.14 mW，开关的上升时间为174 μs，下降时间为292 μs。
光学器件 热光开关 集成光学材料 聚合物波导 马赫-曾德尔干涉仪
1 大连理工大学物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学生命科学与技术学院, 辽宁 大连 116024
3 大连理工大学化工学院, 辽宁大 连 116024
4 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
温度敏感性是影响波导微环光学生化传感器性能的重要因素。从微环谐振方程出发分析了微环传感器温度敏感性产生的机理，研究了以SU8-NOA61-SU8 三明治结构聚合物衬底代替传统硅衬底，利用衬底的热膨胀效应抵消波导的热光效应，来消除聚合物波导微环光学生化传感器的温度敏感性。采用ANSYS软件对三明治衬底的厚度进行了仿真设计，得到了温度不敏感条件下的衬底厚度参数。对SU8 和NOA61 旋涂成膜工艺进行了实验研究，得到SU8和NOA61的膜厚控制精度分别为0.07 μm@20 r/min 和0.34 μm@20 r/min。分析得到三明治聚合物衬底波导微环传感器的温度敏感性和探测极限值，达到了带有温控装置的硅衬底聚合物波导微环传感器的性能。
集成光学 聚合物波导 微环 光学生化传感器 温度敏感性 光学学报
2015, 35(11): 1113004
