1 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710071
2 上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
3 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
4 中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047
基于绝缘体上硅材料平台，设计并制作了一种结构紧凑的高均匀性硅波导阵列波导光栅，其拥有8个输出通道并且通道间隔为200 GHz。分析了绝缘体上硅材料平台中硅波导的弯曲半径对弯曲损耗和有效折射率的影响。测试结果表明，该器件的插入损耗为19.6 dB，串扰为-15 dB，非均匀性为0.87 dB，3 dB带宽为1.06 nm，结构尺寸仅为294 μm×190 μm。芯片的制作工艺与互补金属氧化物半导体工艺兼容，这使得阵列波导光栅的大批量、低成本生产成为可能，对集成波分复用网络的发展具有重要的意义。
集成光学 阵列波导光栅 结构紧凑 硅基波导 波分复用 中国激光
2023, 50(22): 2219001
微腔光频梳具有功耗低、可集成、梳齿间隔可调的特点，在各个领域都有广泛的应用。绝缘层上的硅（SOI）材料加工工艺与现有的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，使其成为最具前景的光子平台之一。本文设计了一种截面为脊形的硅基微环谐振腔，研究了各个几何参数对微环谐振腔色散的影响；数值求解了微环谐振腔热动态方程，并分析了不同参数对微环谐振腔热动态效应的影响。数值求解了LLE（Lugiato-Lefever Equation）模型，由于SOI微腔光频梳理论研究大多忽略了热光效应，因此本文分析了在模型中引入热光效应项后对光频梳产生和演化的影响。数值结果表明，在温度变化范围为0~0.16 ℃条件下，时域上光场最大功率值增加了22%，频域上光频梳展宽了221 nm。最后对两种热光效应条件下光频梳输出频谱进行分析，结果表明，光频梳在热光效应温度变化范围为0~0.32 ℃的情况下，相较于0~0.16 ℃的情况，带宽展宽了353 nm。
非线性光学 硅基波导 微环谐振腔 Lugiato-Lefever方程模型 热光效应 光频梳 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1719001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Here, we designed a broadband, low loss, compact, and fabrication-tolerant silicon-based four-mode edge coupler, composed of a adiabatic mode-evolution counter-taper splitter and a triple-tip inverse taper. Based on mode conversion and power splitting, the proposed structure can simultaneously realize efficient mode coupling from , , , and modes of multimode silicon waveguides to linearly polarized (LP), , , , and , modes in the few-mode fiber. To the best of our knowledge, we proposed the first scheme of four LP modes coupling, which is fully compatible with standard fabrication process. The 3D finite-difference time-domain simulation results show that the on-chip conversion losses of the four modes remain lower than 0.62 dB over the 200 nm wavelength range, and total coupling losses are 4.1 dB, 5.1 dB, 2.1 dB, and 2.9 dB for , , , and , respectively. Good fabrication tolerance and relaxed critical dimensions make the four-mode edge coupler compatible with standard fabrication process of commercial silicon photonic foundries.
multimode coupling CMOS compatibility silicon waveguide few-mode fiber Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011302
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
1 宁波大学信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 温州大学电气与电子学院, 浙江 温州 325035
虽然传统的Fredkin门可以很好地实现相应的逻辑功能,但是其消光比和串扰还有待进一步改善。鉴于此,本文提出并设计一种基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门,该全光可逆逻辑门由两个2×2的定向耦合器、一个2×1的定向耦合器、一个1×2的定向耦合器以及两个相移臂构成。利用泵浦光与信号光在相移臂中引发的交叉相位调制效应,可以改变上、下相移臂中信号光的相位差,从而在所设计器件的不同端口处输出不同幅度的光波,继而实现Fredkin门的逻辑功能。与此同时,利用MATLAB并融入分步傅里叶法对所设计的硅基全光Fredkin门进行仿真分析。仿真结果表明,器件的最差消光比可达48.46 dB。
集成光学 可逆逻辑 硅基光波导 交叉相位调制 Fredkin门
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室，上海200093
2 中国电子科技集团公司第二十七研究所，郑州450047
3 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海200241
4 华东师范大学重庆研究院，重庆01120
基于芯层厚度为220 nm的绝缘体上硅材料平台，利用光束传播法与有限时域差分法设计了大偏转角度的64路硅基光学相控阵集成芯片.利用电子束光刻等工艺实现了芯片制备，并进行了性能表征.对关键的分束器以及阵列波导远场干涉的光斑图像进行了仿真，仿真结果显示了高于49.7%的分束效率和大于31°的偏转范围.利用标准的绝缘衬底上的硅工艺制作芯片，并进行整体封装.采用基于粒子群算法优化的自反馈电压调制系统进行相位调制.测试结果表明，在电压调制下，光斑产生了大于±30°的水平偏转；同时在1 550~1 610 nm的波长调制下，垂直范围也有8.4°的偏转.研究结果有望在自动驾驶、无人机导航等领域得到广泛应用.
光学相控阵 集成芯片 硅基波导 相位调制 扫描角度 Optical phased array Integrated chip Silicon waveguide Phase modulation Scanning angle 
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, National Laboratory of Solid State Microstructures, Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Integration, Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Nanjing, China
2 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing, China
Self-imaging is an important function for signal transport, distribution, and processing in integrated optics, which is usually implemented by multimode interference or diffractive imaging process. However, these processes suffer from the resolution limit due to classical wave propagation dynamics. We propose and demonstrate subwavelength optical imaging in one-dimensional silicon waveguide arrays, which is implemented by cascading straight and curved waveguides in sequence. The coupling coefficient between the curved waveguides is tuned to be negative to reach a negative dispersion, which is an analog to a hyperbolic metamaterial with a negative refractive index. Therefore, it endows the waveguide array with a superlens function as it is connected with a traditional straight waveguide array with positive dispersion. With a judiciously engineered cascading silicon waveguide array, we successfully show the subwavelength self-imaging process of each input port of the waveguide array as the single point source. Our approach provides a strategy for dealing with optical signals at the subwavelength scale and indicates functional designs in high-density waveguide integrations.
self-imaging resolution limit silicon waveguide array photonic integration Advanced Photonics
2020, 2(3): 036001
安庆师范大学物理与电气工程学院, 安徽 安庆 246133
设计了一种非对称臂马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型硅基二氧化硅偏振分束器(PBS), 在1535～1565 nm波长范围内, 其偏振消光比大于20 dB, 插入损耗大于-0.5 dB。采用有限差分-束传播法(FD-BPM)进行误差分析, 分别计算了多模波导的宽度和长度以及非对称臂的宽度和长度误差对偏振分束器性能的影响。仿真结果表明, 多模波导长度和非对称臂长度误差分别小于±2 μm和±4 μm时, 偏振分束器的消光比和插入损耗仍能保持较好的结果; 而要保持20 dB以上的偏振消光比, 多模波导宽度误差应小于±500 nm, 非对称臂宽度误差应小于±4 nm(宽臂)和±2.5 nm(窄臂)。非对称臂宽度对工艺的要求比较高, 拟利用热光效应改变波导折射率来补偿波导尺寸变化引起的相位误差, 以便下一步制备出高性能的硅基二氧化硅偏振分束器。
光学器件 硅基二氧化硅波导 偏振分束器 有限差分-束传播法 误差分析 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 122301
