Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 School of Physics, Ningxia University, Yinchuan 750021, China
3 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai 201315, China
4 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
Lithium niobate is a material that exhibits outstanding electro-optic, nonlinear optical, acousto-optic, piezoelectric, photorefractive, and pyroelectric properties. A thin-film lithium niobate photonic crystal can confine light in the sub-wavelength scale, which is beneficial to the integration of the lithium niobate on-chip device. The commercialization of the lithium niobate on insulator gives birth to the emergence of high-quality lithium niobate photonic crystals. In order to provide guidance to the research of lithium niobate photonic crystal devices, recent progress about fabrication, characterization, and applications of the thin-film lithium niobate photonic crystal is reviewed. The performance parameters of the different devices are compared.
lithium niobate photonic crystal integrated optics 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 033602
作者单位
摘要
1 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
2 武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室,湖北 武汉 430205
得益于飞秒激光直写技术的穿透式真三维改性加工能力,多种介质内任意三维路径及截面形状的光波导得以实现并得到了重要应用。本文围绕飞秒激光直写光波导的机理及基本类型,综述了三维光波导器件在光通信、集成量子光学、拓扑光子学、天文光子学以及光学传感等领域的应用。从三维光子芯片的应用需求入手,总结了飞秒激光直写技术在低损耗、任意截面、大纵深直写和可重构三维波导制备中面临的挑战,并展望了飞秒激光直写三维光波导的未来发展趋势。
集成光学 光子集成芯片 飞秒激光直写 三维光波导 integrated optics photonic integrated chips femtosecond laser direct-writing three-dimensional optical waveguide 
中国激光
2024, 51(4): 0402406
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Centre for Optical and Electromagnetic Research, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Mode splitters that directly separate modes without changing their orders are highly promising to improve the flexibility of the mode-division multiplexing systems. In this paper, we design a high-performance mode splitter on the silicon-on-insulator platform with a compact footprint of 14 µm× 2.5 µm using an inverse design method based on shape optimization. The fabrication of this mode splitter requires only a single lithography step and exhibits good fabrication tolerances. The experimental results show that the proposed device exhibits state-of-the-art insertion loss (<0.9 dB) and cross talk (<-16 dB) over a broad bandwidth (1500–1600 nm). Furthermore, the shape optimization method used is implemented to design a dual-mode (de)multiplexer, and the experimental results fulfill the design objective, demonstrating the excellent generality of the design method in this paper.
integrated optics inverse design mode splitter 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011302
符庭钊 1,4,5孙润 2,3黄禹尧 2,3张检发 1,4,5[ ... ]陈宏伟 2,3,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 清华大学电子工程系,北京 100084
3 北京信息科学与技术国家研究中心,北京 100084
4 国防科技大学新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
5 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
光学神经网络是区别于冯·诺依曼计算架构的一种高性能新型计算范式,具有低延时、低功耗、大带宽以及并行信号处理等优势。片上集成是光学神经网络微型化发展的一种典型方式,近年来片上集成光学神经网络获得了学术界及工业界的广泛关注。对基于不同计算单元结构的片上集成光学神经网络的相关研究工作进行了梳理,并分析了其设计原理、实现方法及系统架构特征。同时结合国内外最新研究进展,进一步分析了片上集成光学神经网络在计算单元大规模拓展、可重构、非线性运算和实用化等方面面临的挑战及其未来发展趋势。
集成光学 光计算 光学神经网络 芯片 人工智能 integrated optics optical computing optical neural networks chip artificial intelligence 
中国激光
2024, 51(1): 0119002
蔡露 1,3,*李尚文 1,2王进 1,2刘俊 1,2[ ... ]李忠嘉 1,2
作者单位
摘要
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院,河北 秦皇岛 066004
2 东北大学信息科学与工程学院,辽宁 沈阳 110819
3 东北大学秦皇岛分校河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室,河北 秦皇岛 066004
提出了一种双柄空心微瓶腔结构,利用微纳光纤耦合激发出了回音壁模式(WGM)谐振,通过控制轴向拉伸应变,实现了回音壁模式的谐振波长和品质因子Q的调谐,通过非对称拉锥的方式改变微腔结构,增大了双柄微腔结构轴向拉伸对腔长和壁厚的改变量,从而使谐振波长的调谐范围达到了0.66 nm。所提结构在激光器、滤波器和传感检测等应用方面具有实际意义。实验中进一步探究了非对称双柄回音壁模式微腔的应变传感特性,结果表明,WGM谐振峰对轴向拉伸应变的灵敏度可达0.795 pm/µε,分辨率小于25 µε,线性度达0.999。由于回音壁模式谐振腔具有极窄的谐振峰,该传感方法能够实现更高的传感分辨率,为高分辨率应变传感提供了新思路。
集成光学 回音壁模式 空心微瓶腔 谐振峰调谐 应变传感 integrated optics whispering gallery mode hollow microbottle resonance peak tuning strain sensing 
光学学报
2024, 44(2): 0213001
Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315300, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering and Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A flexible-grid 1×(2×3) mode- and wavelength-selective switch which comprises counter-tapered couplers and silicon microring resonators has been proposed, optimized, and demonstrated experimentally in this work. By carefully thermally tuning phase shifters and silicon microring resonators, mode and wavelength signals can be independently and flexibly conveyed to any one of the output ports, and different bandwidths can be generated as desired. The particle swarm optimization algorithm and finite difference time-domain method are employed to optimize structural parameters of the two-mode (de)multiplexer and crossing waveguide. The bandwidth-tunable wavelength-selective optical router composed of 12 microring resonators is studied by taking advantage of the transfer matrix method. Measurement results show that, for the fabricated module, cross talk less than -10.18 dB, an extinction ratio larger than 17.41 dB, an in-band ripple lower than 0.79 dB, and a 3-dB bandwidth changing from 0.38 to 1.05 nm are obtained, as the wavelength-channel spacing is 0.40 nm. The corresponding response time is measured to be 13.64 µs.
integrated optics optical waveguide mode- and wavelength-selective switch 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011301
张程 1徐银 1,2董越 1,2张博 1,2倪屹 1,2
作者单位
摘要
1 江南大学 物联网工程学院, 江苏 无锡 214122
2 江南大学 先进技术研究院, 江苏 无锡 214122
模式转换器能够完成波导基模到高阶模的转换, 是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。文章基于薄膜铌酸锂(TFLN)波导, 提出了一种利用纳米线加载结构设计的模式转换器, 转换结构主要包括沿光传输方向以锥形方式排布的硅纳米线光栅及利用相变材料构建的矩形纳米线, 两者分别位于TFLN光波导顶部的两侧。基于上述结构进行了详细的设计与优化分析, 在中心波长为1.55μm, 转换长度仅为6μm的情况下, 实现了输入TE0模到输出TE1模的高效转换(模式转换效率97.6%, 串扰-19.7dB, 插入损耗0.31dB); 进一步对转换结构进行横向扩展, 实现了输入TE0模到输出TE2、TE3以及TE4模的高效转换, 若继续扩展, 可获得其它高阶模。本器件及设计方法有望在TFLN光波导多模光传输方向发挥优势, 推动TFLN光子集成器件及回路的发展。
集成光学 集成光器件 光波导 铌酸锂 微光学器件 integrated optics integrated optics devices waveguides lithium niobate micro-optical devices 
光学技术
2023, 49(5): 513
作者单位
摘要
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
为了研究和论证锗硅材料体系在器件的工艺制备和理论性能上的优势, 拓展锗硅量子阱结构的应用范围, 采用数值仿真结合实际器件制备的方法, 进行了理论分析和实验验证, 设计了一种基于Ge/SiGe非对称耦合量子阱材料的光学相位调制器, 并在实验测试中验证了该理论的正确性。结果表明, 当电场超过40 kV/cm时, 该材料在1450 nm波长处可以达到最高0.01的电致折射率变化; 经测试发现, 实际制备的器件在1.5 V的反向偏置电压下,实现了1530 nm波长处2.4×10-3的电致折射率变化, 对应的VπLπ=0.048 V·cm, 在同类型锗硅光调制器中达到了先进水平。该研究为硅基集成光调制器的进一步发展开辟了新的方向。
集成光学 锗硅调制器 非对称耦合量子阱 相位调制 integrated optics Ge/SiGe modulator asymmetric coupled quantum well phase modulation 
激光技术
2023, 47(5): 587
作者单位
摘要
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,江苏 南京 210023
基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE0和TE1双模分模器的尺寸仅为5.5 μm×4 μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示:当输入TE0模式时,中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB;当输入TE1模式时,插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB;工作带宽覆盖150 nm时,TE0和TE1模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差,两种模式的插入损耗低于0.79 dB,串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统,为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。
集成光学 硅基光电子学 硅基分模器 逆向设计 伴随法 integrated optics silicon optoelectronics silicon mode splitter inverse design adjoint method 
光学学报
2023, 43(23): 2313003
作者单位
摘要
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院,辽宁 大连 116024
2 中国科学院理化技术研究所,北京 100190
3 中国科学院微电子研究所,北京 100029
对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究,构建调制器的波导电极结构模型,分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化,完成调制器芯片的设计与制备,研究电光聚合物材料的片上极化工艺,得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S(Scatter)参数进行测试,分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。
集成光学 电光调制器 硅-有机复合集成 行波电极 3 dB带宽 integrated optics electro-optic modulator silicon-organic hybrid integration traveling-wave electrode 3 dB bandwidth 
光学学报
2023, 43(23): 2313002

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