1 中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学半导体与物理学院，山西 太原 030051
3 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
光功率分配器作为光子集成电路中分束并束的关键器件，要求结构紧凑、宽带、低损耗。基于亚波长光栅（SWG）结构，提出一种分束区域长5 µm、分光比为50∶50的超大带宽低损耗3 dB光功率分配器。仿真结果表明，该光功率分配器在±15 nm的大工艺容差下，TE模式在1.26~2.02 μm波段内（即760 nm带宽）损耗低于0.54 dB。通过电子束曝光、干法刻蚀等工艺在绝缘体上硅（SOI）晶圆上加工制备该光功率分配器，在扫描电子显微镜（SEM）下观察SWG结构的加工误差不超过±10 nm。此外，搭建垂直耦合测试平台，利用可调谐激光器在1496.8~1600 nm波段，对TE模式的损耗与分光比进行测试。结果表明，该波段损耗约为0.3 dB，与仿真结果吻合，分光比误差在5%以内。该功率分配器适用于高速、大容量通信、波分复用（WDM）系统等互联应用场合。
紧凑 宽带 低损耗 光功率分配器 光学学报
2023, 43(22): 2223001
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
南京邮电大学光电工程学院光电传感工程研究中心, 江苏 南京 210023
设计了采用输入波导、缓变展宽波导和宽的直过渡波导的Y型分支波导结构,大大降低了光分路器的插入损耗。 利用OptiBPM软件,将其逐级扩展为1×8平面波导光分路器。分别研究了波导折射率、弧形波导长度、分支角及输入波长对该平面波导光分路器输出特性的影响, 并结合最优结构参数对其进行了优化。仿真结果表明:该光分路器插入损耗、输出均匀性的最佳值分别为9.96 dB、0.41 dB。 器件设计参数及性能可以满足批量生产要求,对光分路器的设计和生产工艺有一定的参考价值。
光通信 光分路器 Y分支波导结构 输出特性 optical communications optical power splitter Y-branch waveguide structure output performance
1 武汉大学 电子信息学院，武汉 430072
2 武汉邮电科学研究院 光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉 430074
3 武汉大学 空间信息智能感知国测局工程技术研究中心，武汉 430072
4 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉 430079
超表面材料在与光场相互作用时表现出独特的光学特性和许多有趣的物理现象，基于此材料制作的光电子功能器件对光场的调控能力有望被提升至新高。文章以光纤通信系统中的光功率分配应用为实例，提出了一种基于硅基超表面材料的新型光功率分配方案。首先，通过优化设计硅基超表面的单元结构，使其在1 458~1 593 nm波长范围内的相位偏振转化效率超过90%，而无偏振转化的效率则控制在1.2%以下; 其次，研究了相邻硅纳米砖之间的光场耦合效应，将其对相位精度的影响降至最低; 最后，利用优化设计的硅纳米砖结构，实现了4种不同的光功率分配方式，并通过仿真加以验证。设计和仿真结果表明，基于硅基超表面材料的光功率分配技术具有结构紧凑、效率高、偏振不敏感、宽带响应、设计灵活、制造上与半导体制造工艺兼容等突出优点，有望成为未来超密、任意、智能功率分配的首选技术途径。
超表面 光功率分配器 Gerchberg-Saxton算法 纳米结构 metasurfaces optical power splitter Gerchberg-Saxton algorithm nanostructures
电子科技大学光电信息学院， 四川 成都 610054
微流体光波导器件是一种基于微流体调控的新型光学功能器件，在生物医学和环境监测等领域中具有广阔的应用前景。介绍了微流体光波导器件的基本结构，分析了微流体光波导器件的工作原理，阐述了微流体光波导器件的研究现状，并指出了其发展趋势。
光学器件 微流体 光开关 微流控分布式反馈染料激光器 可调光功率分束器 可调光衰减器 激光与光电子学进展
2014, 51(1): 010004
浙江大学 信息与电子工程学系 微电子与光电子研究所，杭州 310027
为满足2×N光功率分配器的制作和应用的需求，对宽带集成化2×2 3dB耦合器进行了深入的理论和实验研究。采用3-D光束传播法，对传统的非对称X结进行了模拟改进，设计了低损耗且具有较宽工作带宽的2×2 3dB耦合器。采用Ag+-Na+离子交换技术在玻璃基上成功制作了非对称X结结构的宽带2×2 3dB耦合器。通过对1260nm~1360nm和1460nm~1600nm两个波段宽带光源的光谱测试，得到在宽带范围内小于4.0dB的插入损耗，光谱谱线相对平坦，波长依赖性较小，均匀性小于0.5dB。结果表明，采用这种非对称X结并结合离子交换工艺，可以在玻璃基上制作出宽带的2×2 3dB耦合器，这为进一步优化器件性能，研制成功具有应用价值的器件奠定了基础。
集成光学 3dB耦合器 离子交换 非对称X结 宽带 玻璃 光功率分配器 integrated optics 3dB coupler ion-exchange asymmetric X-junction broadband glass optical power splitter
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 河南仕佳光子科技有限公司, 河南 鹤壁 458030
设计和优化了一种新型低损耗、低偏振的基于二氧化硅的特种非对称1×5光分路器.在设计Y分支结构时, 输入端采用缓变展宽波导结构和直波导过渡波导相结合的结构, 此结构可以使输入光场缓慢展宽, 进行分束前的准备, 大大减小分支结构的辐射损耗和模式转换损耗.非对称1×5光分路器第一个端口输出功率占50%, 第二至五端口输出功率占50%.利用三维光束传播法模拟和优化了特种非对称1×5光分路器, 模拟结果表明, 该结构具有均匀性好、器件尺寸小、低损耗和低偏振等优点, 1×5光分路器在1 250~1 650 nm波长范围内, 第一个输出端口附加损耗小于0.07 dB, 均匀性小于0.023 dB, 偏振相关损耗小于0.009 dB, 第二到五端口附加损耗小于0.45 dB, 均匀性小于0.41 dB, 偏振相关损耗小于0.06 dB.
缓变展宽 1×5光分路器 非对称 光束传播法 Gradually broadening 1×5 optical power splitter Asymmetric Beam propagation method
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除中间一排硅柱形成线波导，在线波导右侧引入点缺陷。利用时域有限差分法（FDTD）模拟仿真以及数值分析研究线波导中光耦合特性，计算出两个通道的分光比，发现改变光子晶体的温度可以明显改变这两个通道的光功率比。基于此结构，提出了一种新的光功率分配器，可以获得大范围的光功率比值，从11~901都可以通过改变光子晶体的温度来实现，并且当温度从0 ℃~200 ℃就可以实现这一功能，最后设计了一款三通道可调谐光功率分配器，通过调节两个点缺陷区域内温度来实现光功率的分配。
光学器件 光子晶体 时域有限差分法 光功率分配器 点缺陷 光耦合特性
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心， 浙江 杭州 310027
采用光束传播法(BPM)获取一种全新的基于非对称Y分光单元的多模光功率分配器设计。针对光能量在多模传输波导中分布不均的特点，引入了基于圆弧结构的非对称结构，从而实现了对波导中能量的平均分配。通过对各设计参数与输出功率的关联分析，导出了一系列同多模功率分配器结构相关的公式。以此为基础确定了分别对应于62.5 μm，120 μm波导宽度的1×4，1×8多模光功率分配器的结构及具体参数。其器件长度分别为7.6 mm，21.7 mm。理论计算表明此两种器件在1.31 μm窗口具有极为均匀的分光性，对应的插入损耗为6.05 dB及9.06 dB，器件的偏振相关损耗大约在0.2 dB。
光学设计 光功率分配器 集成光器件 组件
浙江大学信息学院信息与电子工程学系 微电子与光电子研究所, 浙江 杭州 310027
采用离子交换工艺，对多模波导的制作和应用进行了探索。工艺过程一次交换采用银钠离子交换，二次交换采用无源的电场辅助交换。首先通过控制银离子浓度和交换过程的温度与时间成功制作了宽度和深度可控的条波导。然后在此基础上采用3D-BPM的方法进行模拟并设计了Y分叉型和多模干涉型的1×2功分器以验证波导的制作工艺的可行性。经过1550 nm通光损耗测试，条波导损耗小于0.28 dB/cm，功分器插入损耗达到3.6 dB，均匀性达到0.21 dB。分析表明，这种光波导制备技术参数可控，且重复性好，可用于低损耗光功分器件的制作。
集成光学 多模功分器 离子交换 多模干涉 玻璃 光学学报
2010, 30(s1): s100302
