重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
提出一种基于绝缘体上硅的具有超高形状因子的光学平顶滤波器方案。该方案采用跑道型微环谐振器（RMRR）辅助非对称马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构，可实现的3 dB带宽为1.94 nm，相应的形状因子1（3 dB带宽与通带内功率下降10 dB时的通带宽度之比）和形状因子2（3 dB带宽与通带内功率下降15 dB时的通带宽度之比）分别为0.96和0.94，纹波因数（通带中最大功率与最小功率的比值）为2.40 dB。此外，分析了由RMRR引入的相移对该平顶滤波器性能的影响，并实验验证了通过调节施加在RMRR上的电压可以有效地调控其输出谱。该方案具有形状因子高、工艺复杂度低、体积小、质量轻、功耗低等优点，可广泛应用于高速光通信网络中。
光学器件 平顶滤波器 集成光学 跑道型微环谐振器 硅光子学
重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
介绍了一种基于绝缘体上硅（SOI）的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型高灵敏度折射率传感器。在该传感器中采用悬空槽（SSlot）波导作为传感臂，条形波导作为参考臂，利用两臂不同模式之间的干涉提高传感器的灵敏度。分析了MZI型传感器的工作原理，推导了灵敏度公式，通过灵活调节两臂长度和合理设计SSlot波导，实现了9.824×104 nm/RIU的高灵敏度。该传感器还具有尺寸小、制造简单等优势，可广泛应用于生物医疗、环境监测等领域。
光谱学 硅光子学 折射率传感器 马赫-曾德尔干涉仪 灵敏度
1 鹏城实验室，广东 深圳 518055
2 南方科技大学 电子与电气工程系，广东 深圳 518055
随着全球数据流量的不断增长，硅基光子集成电路已经成为高性能芯片内/芯片间光通信领域中一个极具发展潜力的研究方向。然而，由于本征硅的发光效率极低，硅基片上光源成为光子集成电路中最具挑战性的元器件。为了解决缺乏原生光源的问题，硅基集成的Ⅲ?Ⅴ族半导体激光器已经得到了广泛研究，该激光器提供了优越的光学和电学性能。值得注意的是，在Ⅲ?Ⅴ族半导体激光器中使用量子点作为增益介质已经引起了诸多关注，因为它具有多种优点，如对晶体缺陷的容忍度高、温度敏感度低、阈值电流密度低和反射灵敏度低等。使用量子点的激光增益区在光子集成方面相比量子阱有许多改进。增益带宽可以根据需要进行设计优化，并在整个近红外光范围内实现激射。量子态与周围材料的大能级分离使其获得了优异的高温性能和亚皮秒时间尺度的增益恢复。本文从量子点材料及量子点激光器、基于晶圆键合技术、基于倒装键合技术、基于直接外延生长技术等多个角度，综述了硅基Ⅲ?Ⅴ族半导体量子点激光器的最新研究进展，并对其未来前景和挑战进行了探讨。
硅光子学 片上量子点激光器 光子集成 silicon photonics on-chip quantum dot lasers photonic integration
1 上海大学 微电子学院, 上海 201800
2 上海微技术工业研究院, 上海 201800
3 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
在新型掺钪(Sc)氮化铝(Al1-xScxN)集成光学平台上设计了插入损耗低、传输通道谱线平坦的O波段四通道波分(解)复用器, 并提出了优化方法。所设计的器件结构基于级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)滤波器, 结合弯曲波导结构的定向耦合器改善波长敏感度。针对粗波分复用(CWDM)应用的特性, 文章使用粒子群算法(PSO)提升器件性能优化的效率, 通过调整器件结构的设计参数对四路通道的传输谱线质量进行优化。针对0%, 9%, 23%的掺Sc浓度, 设计的解复用器表现出宽达约15.6nm的1-dB带宽和小于0.1dB的插入损耗, 传输谱线呈“盒状”响应, 各通道间串扰均优于-30.6dB。
硅光子学 波分复用 马赫-曾德尔干涉仪 掺钪氮化铝 silicon photonics WDM MZI scandium-doped aluminum nitride
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 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
大带宽光子滤波器被广泛应用于稀疏波分复用系统中，而在硅基芯片上实现结构紧凑、性能优良的超大带宽滤波器仍然是该领域研究的重点。提出一种基于光栅辅助反向耦合器的超大带宽硅基光子滤波器。利用窄波导更低有效折射率和更分散电场分布的性质，实现了带宽为92.9 nm、器件长度为250.6 μm的超大带宽滤波器。该滤波器具有矩形度高、带宽大、损耗低等优势，能满足稀疏波分复用系统中解复用等需求。
集成光学 稀疏波分复用 硅光子学 滤波器 光子集成电路
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 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
相移光栅是光子集成电路的基本元件之一，被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比，反向耦合型相移光栅无需光环形器，易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应，通过将不同周期的波导光栅组合在一起，实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势，能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。
光栅 相移光栅 光子集成电路 Moire效应 反向耦合型相移光栅 硅光子学
光子学报
2022, 51(11): 1113002
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 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
光路由器作为实现信号传输与数据交换的基本元器件，被广泛应用于片上光互连网络中。二维光路由器可以有效降低系统复杂度，并且可以满足片上光互连网络中多种拓扑结构对路由的需求。因此，提出一种基于单个微环谐振器的小尺寸、低损耗二维光路由器方案。所提方案仅采用单个微环谐振器，即可实现二维的路由切换。该二维光路由器的最大串扰为－11.65 dB，尺寸仅为100 μm×65 μm，具有结构简单、尺寸小等优势，可被广泛应用于信号处理系统、通信系统和互联系统中。
集成光学 集成光学器件 光路由器 光互连网络 硅光子学 光学学报
2022, 42(22): 2213002
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院移动通信教育部工程研究中心移动通信技术重庆市重点实验室, 重庆 400065
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 211189
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
在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的Fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度。提出了一种基于光栅辅助微环结构的Fano谐振器。该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环内加入两组波导光栅结构实现Fano谐振。基于传输矩阵理论,推导了该谐振器的传输谱线,并分析了器件中不同结构参数对Fano谱线谐振峰位置、凹陷深度和斜率的影响,实现了最高斜率为-299.67 dB/nm、凹陷深度为9 dB、损耗为6.4 dB的Fano谐振谱线。该Fano谐振器具有斜率高、尺寸小、制造简单等优势,能广泛应用于光开关、光传感和光探测等领域。
集成光学 Fano谐振器 集成光学器件 微环谐振器 光栅 硅光子学 光学学报
2021, 41(22): 2213001
