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基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调技术综述

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物理学报 2022年第9期71卷 166-179页

作者：李科董明利袁配鹿利单孙广开祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 北京信息科技大学北京市光电测试技术重点实验室北京100192

基于阵列波导光栅的光子集成解调技术是硅光领域的研究热点和难点.相比传统解调方法,基于阵列波导光栅的光子集成解调技术因其解调精度高、解调速度快、封装体积小等优势,在光纤布拉格光栅的高速、高精度解调上具有明显优势.近年来,随... 详细信息

基于阵列波导光栅的光子集成解调技术是硅光领域的研究热点和难点.相比传统解调方法,基于阵列波导光栅的光子集成解调技术因其解调精度高、解调速度快、封装体积小等优势,在光纤布拉格光栅的高速、高精度解调上具有明显优势.近年来,随着光子集成技术的发展,各科研院所和相关机构对阵列波导光栅的光子集成解调法进行了广泛深入的研究与优化.本文通过介绍阵列波导光栅工作原理及基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅波长解调原理,结合基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调仪在材料体系和系统性能两个方面的重要进展,归纳了基于阵列波导光栅的解调仪的典型应用场景,从新材料、系统集成和规模化三方面对光纤布拉格光栅解调系统的未来发展提出针对性建议,为基于阵列波导光栅的光子集成解调技术的研究发展提供参考.

关键词：光纤布拉格光栅波长解调阵列波导光栅光子集成回路

应用于集成光学陀螺敏感单元的硅基微环谐振腔

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激光与光电子学进展 2022年第13期59卷 269-276页

作者：孙道鑫张东亮毕付鹿利单周哲海祝连庆北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光纤传感与系统北京实验室北京100016

硅基光子集成谐振腔作为光学敏感单元对芯片级光学陀螺的性能起着至关重要的作用。以互易敏感增强型双微环架构的光子集成陀螺谐振腔为研究对象,通过时域有限差分法仿真分析了双微环谐振腔的关键结构参数,并通过搭建仿真链路研究了微环... 详细信息

硅基光子集成谐振腔作为光学敏感单元对芯片级光学陀螺的性能起着至关重要的作用。以互易敏感增强型双微环架构的光子集成陀螺谐振腔为研究对象,通过时域有限差分法仿真分析了双微环谐振腔的关键结构参数,并通过搭建仿真链路研究了微环谐振腔的品质因子、精细度与耦合系数、传输损耗的内在关系。在此基础上,选取典型结构参数设计版图,基于无源硅基光子集成工艺的多项目晶圆流片制备了双微环谐振腔器件。测试结果表明,当微环半径为500μm、波导与微环的耦合系数为0.3时,在工作波长1550 nm附近微环的自由光谱范围为0.182 nm,3 dB带宽为0.045 nm,精细度为4.04,品质因子约为3.4×10^(4)。本研究结果为双微环谐振腔的进一步优化设计提供了依据。

关键词：集成光学陀螺双微环谐振腔绝缘体上硅耦合系数品质因子

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用于毛细管回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器

红外与激光工程 2023年第9期52卷 245-252页

作者：袁国庆李红罗新建鹿利单祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 北京信息科技大学广州南沙光子感知技术研究院广东广州511462

面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦... 详细信息

面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件,搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱,与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm,Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性,耦合谐振结构简单,易于器件集成和小型化。

关键词：回音壁模式毛细管光纤耦合器楔形端面

基于光纤激光频率分裂效应的折射率/厚度双参量测量研究

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仪器仪表学报 2021年第11期42卷 27-34页

作者：陈恺祝连庆刘昭君鹿利单庄炜合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 北京信息科技大学光电测试技术及仪器实验室北京100192

折射率作为光学系统中应用最广泛的光学参数之一,对系统的光学性能具有极其重要的影响。厚度与折射率所组成的光学长度直接影响双折射器件在光学系统中的时延特性。本文提出一种基于光纤激光频率分裂效应的折射率/厚度双参量测量方法。... 详细信息

折射率作为光学系统中应用最广泛的光学参数之一,对系统的光学性能具有极其重要的影响。厚度与折射率所组成的光学长度直接影响双折射器件在光学系统中的时延特性。本文提出一种基于光纤激光频率分裂效应的折射率/厚度双参量测量方法。该系统通过对插入激光腔内的双折射器件进行旋转,利用频率分裂效应对不同角度的器件的双折射参数进行测量。基于双折射器件中的折射率椭球,建立相位延迟、折射率、厚度和旋转角度之间的关系,通过拟合计算得到器件的折射率/厚度参数。实验结果表明,通过该系统对双折射元件的厚度测量误差为210 nm,本征折射率进行测量误差为10^(-5),可广泛应用于红外波段的双折射器件的本征折射率/厚度双参量测量。

关键词：光纤激光频率分裂折射率厚度双参数测量

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集成光学陀螺敏感单元的最新进展

激光与光电子学进展 2021年第7期58卷 64-74页

作者：毕付张东亮鹿利单祝连庆北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光纤传感与系统北京实验室北京100016

集成光子技术引领了小型化光学器件的发展,可以在单块芯片上实现非常复杂的功能。许多集成光学器件,如分光器、谐振器、激光器、放大器、滤波器和调制器等均已实现单片集成或者混合集成,各国在设计、制造复杂的光子集成器件投入了大量... 详细信息

集成光子技术引领了小型化光学器件的发展,可以在单块芯片上实现非常复杂的功能。许多集成光学器件,如分光器、谐振器、激光器、放大器、滤波器和调制器等均已实现单片集成或者混合集成,各国在设计、制造复杂的光子集成器件投入了大量的研究工作。通过集成光学技术制造的光学陀螺仪可以有效减小陀螺仪的重量和尺寸,降低成本和功耗,并增加系统的可靠性,性能指标也逐渐提升,具有良好的发展潜力。本文介绍了国内外集成光学陀螺仪敏感单元的研究状况,简要分析了当前通过采用不同材料平台和新型谐振结构设计提升集成光学陀螺仪性能的研究特点,期望有助于该领域的研究人员对集成光学陀螺技术的最近进展有比较全面的了解。

关键词：集成光学陀螺谐振腔惯性器件

大功率量子级联激光器的光学与热学协同优化设计

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激光与红外 2023年第9期53卷 1350-1359页

作者：杨若珂张东亮郑显通田旺柳渊鹿利单祝连庆王伟平北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心北京100016 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100016 中国电子科技集团公司智能科技研究院北京100015

针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设... 详细信息

针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设计器件光学和热学结构模型,分析不同结构参数对器件性能的影响,得到最优结构参数:在In053Ga047As层厚度为50nm,波导下包层InP为1μm,上包层InP为2μm,封装金层厚度为3μm时,器件光学和热学综合性能最优,其中波导光限制因子为074,核心区温度为378 K。本文研究相关结论可为后续大功率中波量子级联激光器结构与工艺设计提供指导。

关键词：量子级联激光器二次外延波导结构热学结构协同优化

基于全保偏光纤的反射式双折射干涉温度传感器

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仪器仪表学报 2020年第8期41卷 120-128页

作者：毕付张东亮鹿利单孙广开孟凡勇北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

为了解决透射式光纤温度传感结构不利于测试、灵敏度不高的问题,提出并设计了反射式熊猫型保偏光纤双折射干涉温度传感器。首先通过理论分析并数值仿真研究了熊猫型保偏光纤传感臂长度、转轴角度与温度传感灵敏度之间的关系,并通过在传... 详细信息

为了解决透射式光纤温度传感结构不利于测试、灵敏度不高的问题,提出并设计了反射式熊猫型保偏光纤双折射干涉温度传感器。首先通过理论分析并数值仿真研究了熊猫型保偏光纤传感臂长度、转轴角度与温度传感灵敏度之间的关系,并通过在传感臂端面镀金的方式提高反射率。在此基础上,搭建了光纤温度传感测试系统,测试结果表明,在转轴熔接45°、保偏光纤传感臂长度L=80 cm的条件下,50℃~56℃范围内传感器灵敏度可以达到2.741 nm/℃;在保偏光纤传感臂长度为L=7 cm、转轴熔接30°的条件下,65℃~76℃范围内传感器灵敏度为1.400 nm/℃。最后,把设计的温度传感器用于卫星模型温度的测量实验,验证了传感器应用的可行性及有效性。不同波长波谷的漂移量与温度变化呈现良好的线性关系。

关键词：温度传感器熊猫型保偏光纤双折射

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基于硅基光子器件的Fano共振研究进展

物理学报 2021年第3期70卷 13-32页

作者：鹿利单祝连庆曾周末崔一平张东亮袁配天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 东南大学先进光子学中心南京210096

硅基光子技术的发展为新型微纳光学功能器件和片上系统提供了高可靠、高精度的实现手段.采用硅基光子技术构建的具有连续(准连续)模式微腔与离散模式的微腔耦合产生的Fano共振现象得到了广泛关注.Fano共振光谱在共振波长附近具有不对称... 详细信息

硅基光子技术的发展为新型微纳光学功能器件和片上系统提供了高可靠、高精度的实现手段.采用硅基光子技术构建的具有连续(准连续)模式微腔与离散模式的微腔耦合产生的Fano共振现象得到了广泛关注.Fano共振光谱在共振波长附近具有不对称且尖锐的谐振峰,传输光的强度在共振波长附近从0突变为1,该机制可显著提高硅基光开关、探测器、传感器,以及光非互易性全光信号处理的性能.本综述分析了Fano共振的一般数学表述,总结了当前硅基光子微腔耦合产生Fano共振的理论模型研究现状,讨论了不同类型硅光器件实现Fano共振的方法,比较各种方案优劣及适用场合,梳理了Fano共振在全光信号处理方面的应用研究情况.最后探讨存在的一些问题及未来可能的相关研究方向.

关键词：谐振腔硅光子学光子集成 Fano共振

基于跑道型微环谐振腔的Fano共振器件设计及传感特性研究

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电子测量与仪器学报 2021年第5期35卷 24-30页

作者：高洁张东亮鹿利单任光辉北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

与传统洛伦兹线形相比,具有不对称线形的Fano共振光谱有更高的光谱分辨率,尤其适合传感应用。通过在硅基总线波导与跑道微环谐振腔耦合区域引入两个空气孔使得连续光谱产生突变相移,并与跑道微环谐振腔耦合形成Fano共振,且在较宽谱段范... 详细信息

与传统洛伦兹线形相比,具有不对称线形的Fano共振光谱有更高的光谱分辨率,尤其适合传感应用。通过在硅基总线波导与跑道微环谐振腔耦合区域引入两个空气孔使得连续光谱产生突变相移,并与跑道微环谐振腔耦合形成Fano共振,且在较宽谱段范围内的每个共振峰都表现为非对称线形。通过仿真优化耦合间距以及空气孔与耦合区域中心的偏移量,获得最大光谱分辨率为312.05 dB/nm,消光比为53.09 dB的硅基Fano共振器件。在模仿被液体的折射率变化范围为1.33~1.332的条件下,仿真得到折射率传感灵敏度为125 nm/RIU。仿真结果表明本论文提出的器件结构简单,尺寸紧凑且制造误差小,为硅光子器件应用到高灵度敏度的集成生化传感提供新思路。

关键词： Fano共振跑道结构洛伦兹线形折射率灵敏度