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“2011中国光学重要成果”入选成果介绍

激光与光电子学进展 2012年第4期 4-11页

(排序不分先后)基于测量的关联空间的量子计算采用线性光学器件配合辅助光子,利用单光子探测器进行后选择测量能够实现普适量子计算,它又分为传统的电流式量子计算和基于测量的一次性量子计算。在一次性量子计算中,中国科学技术大学潘... 详细信息

(排序不分先后)基于测量的关联空间的量子计算采用线性光学器件配合辅助光子,利用单光子探测器进行后选择测量能够实现普适量子计算,它又分为传统的电流式量子计算和基于测量的一次性量子计算。在一次性量子计算中,中国科学技术大学潘建伟院

关键词：激光器光激射器电子器件光子晶体光纤量子计算偏振器件纳米光纤半导体纳米晶反常多普勒效应光学头盔显示器相干合成超光速光栅耦合器耦合效率

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集成光学波导光栅研究进展

发光学报 2005年第4期26卷 415-425页

作者：徐迈中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

报道了20世纪80年代以来,研究组在集成光学波导光栅研究领域的主要工作及研究成果。其中包括集成光学波导光栅的制备研究;若干非线性波导光栅器件研究;高效体相位全息布拉格光栅-光导板的耦合互连;单片集成波导光栅波分复用等。这些研... 详细信息

报道了20世纪80年代以来,研究组在集成光学波导光栅研究领域的主要工作及研究成果。其中包括集成光学波导光栅的制备研究;若干非线性波导光栅器件研究;高效体相位全息布拉格光栅-光导板的耦合互连;单片集成波导光栅波分复用等。这些研究工作为光通信、光计算、光传感和光学信息处理等应用领域提供小型化、低功耗、超快速全光型器件奠定了技术基础。

关键词：光波导周期结构光栅耦合器全息布拉格光栅光学互连

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波导与光纤耦合设计研究进展

激光与光电子学进展 2013年第2期50卷 62-71页

作者：尤杨赵茗杨振宇华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074

实现波导与光纤的耦合是各种集成光学器件从实验室走向实用的关键,耦合效率的高低直接影响到各种集成光学器件的性能,也是光纤通信和集成光学等领域必须解决的问题。其中,在光纤和波导是理想准直的条件下,模场失配损耗是影响波导与光纤... 详细信息

实现波导与光纤的耦合是各种集成光学器件从实验室走向实用的关键,耦合效率的高低直接影响到各种集成光学器件的性能,也是光纤通信和集成光学等领域必须解决的问题。其中,在光纤和波导是理想准直的条件下,模场失配损耗是影响波导与光纤耦合效率的最主要因素。综述了国内外几种典型的通过降低模场失配损耗来提高耦合效率的方法,具体包括楔形耦合器、棱镜耦合器和光栅耦合器,并对它们的特点做了总结和比较。结果表明,在提高耦合效率方面,制作相对简单的反向楔形耦合器具有绝对的优势,在光纤通信和集成光学领域中应用价值较高。

关键词：光电子学波导光学耦合效率楔形耦合器透镜耦合器光栅耦合器

掺CdS_xSe_(1-x)玻璃波导变周期光栅空间扫描特性研究

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中国激光 1993年第10期20卷 746-748页

作者：郑杰徐迈霍振光李永贵沈虹中国科学院长春物理所长春130021 中国科学院长春光机所长春130022

本文报道了在掺CdS_xSe_(1-x),玻璃波导上制备出变周期光栅耦合器,获得了非线性变周期光栅的光控空间扫描特性并指出这种光控扫描特性是热非线性效应所致。

关键词：非线性导波光栅耦合器掺CdSxSe

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光互联网中光信号耦合性能的提高

光通信技术 2018年第11期42卷 60-62页

作者：侯立功史荧中王春丽江南大学江苏省媒体设计与软件技术重点实验室江苏无锡214122 无锡职业技术学院物联网技术学院江苏无锡214121 兰州交通大学电信学院兰州730070

为了在光互联网络中实现高效的光信号耦合效率,应用垂直光栅耦合机理研究设计并测试了一种基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的垂直结构光纤-波导-探测器型光栅耦合器。功能仿真实验表明:在距光栅表面49μm处,可实现正入射式锗光电探... 详细信息

为了在光互联网络中实现高效的光信号耦合效率,应用垂直光栅耦合机理研究设计并测试了一种基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的垂直结构光纤-波导-探测器型光栅耦合器。功能仿真实验表明:在距光栅表面49μm处,可实现正入射式锗光电探测器和光栅耦合器的垂直对准耦合。

关键词：光互联网垂直光栅光栅耦合器

基于WGM谐振腔系统的陀螺仪光学检测方法研究

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传感器与微系统 2021年第8期40卷 31-34页

作者：宫旭亮夏敦柱东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210018

提出微光机电系统陀螺仪的光学检测方法,设计了由光栅耦合器、回音壁模式谐振腔和光波导组成的微光学检测器件,实现与盘式谐振陀螺仪的单片集成。理论分析了谐振腔的谱线漂移和耦合机制,通过调整结构参数得到品质因数为5 303.1。分析了... 详细信息

提出微光机电系统陀螺仪的光学检测方法,设计了由光栅耦合器、回音壁模式谐振腔和光波导组成的微光学检测器件,实现与盘式谐振陀螺仪的单片集成。理论分析了谐振腔的谱线漂移和耦合机制,通过调整结构参数得到品质因数为5 303.1。分析了光栅周期、刻蚀深度、入射角和上包层对光栅耦合器耦合效率的影响,通过不断优化调整最终实现了51.5%的水平耦合。最后对实验测试结果进行讨论。

关键词：微光机电系统回音壁模式品质因数光栅耦合器耦合效率

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面向有源光子集成的氮化镓微纳光栅仿真研究

面向有源光子集成的氮化镓微纳光栅仿真研究

作者：王慧慧南京邮电大学

学位级别：硕士

本文开展了对430nm–470nm波段范围内,GaN基In GaN量子阱有源波段的基于微纳光栅的氮化镓有源光子集成及调控的仿真研究。随着硅基集成光子学的快速发展,有源集成氮化镓波导光栅滤波器的设计,对于促进光通信及相关光学领域的发展变的十... 详细信息

本文开展了对430nm–470nm波段范围内,GaN基In GaN量子阱有源波段的基于微纳光栅的氮化镓有源光子集成及调控的仿真研究。随着硅基集成光子学的快速发展,有源集成氮化镓波导光栅滤波器的设计,对于促进光通信及相关光学领域的发展变的十分必要。本文首先针对均匀波导布拉格光栅结构,根据平板波导理论、耦合模理论等理论方法提出了基于GaN-on-Si发光二极管(Light Emitting Diode,LED)平台的GaN薄膜波导和In GaN/GaN MQW有源层的光栅耦合辅助有源集成。并进行了基于COMSOL Multiphysics的有限元方法(Finite Element Method,FEM)仿真,对光栅参数进行了优化,主要内容包括:确定矩形波导的结构和尺寸;研究相关的结构参数对光栅耦合性能的影响;探究入射光角度对波导光栅耦合性能的影响。其次结合高效有源集成GaN波导光栅,根据时域有限差分法(Finite Difference Time Domain method,FDTD)仿真,设计了带阻滤波器,研究相关光栅参数包括光栅周期、占空比、刻蚀深度、波导厚度等对滤波特性的影响,实现了波导布拉格光栅滤波波长可调。进一步,为了改善波长调控特性,提出如下优化设计:使用光栅周期和占空比联合调制。最终设计的波导光栅滤波器具有窄带宽、高密集度的优点。结合GaN材料优良的热光特性,实现与GaN波导折射率相匹配的滤波波长在430nm-470nm范围的可调滤波器,与传统的热光器件结构相比,该结构提高了波长调谐灵敏度,实现了大范围的波长可调,且3d B滤波带宽为1nm。最后,利用两个优化的带阻滤波器实现了一个双带阻滤波器,该滤波器具有40nm的通带范围,幅值大于0.75,且可以通过改变光栅周期,实现不同的通带大小。

关键词：有源光子集成氮化镓波导光栅光栅耦合器带阻滤波器

基于SOI波导结构的偏振控制器的设计优化研究

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基于SOI波导结构的偏振控制器的设计优化研究

作者：侯康北京理工大学

学位级别：硕士

在硅基光子集成芯片应用中,从光纤耦合进光子回路的信号光通常具有随机的偏振态,而硅基光波导和其他基础器件呈现出很强的偏振敏感性,极大的限制了硅基光子集成芯片的应用领域。消除硅基集成光子器件的偏振敏感性对于其商业化应用具有... 详细信息

在硅基光子集成芯片应用中,从光纤耦合进光子回路的信号光通常具有随机的偏振态,而硅基光波导和其他基础器件呈现出很强的偏振敏感性,极大的限制了硅基光子集成芯片的应用领域。消除硅基集成光子器件的偏振敏感性对于其商业化应用具有至关重要的意义,因此集成偏振控制器件作为解决硅基光子集成芯片偏振相关问题的重要器件,在近几年得到了广泛的研究。本研究的主要目的是设计并优化基于绝缘体上硅晶元的片上偏振旋转器,主要包括耦合部分和偏振转化部分。耦合部分包括光栅耦合器和绝热渐变波导,负责将光从光纤耦合进波导;偏振转化部分为偏振旋转器,主要实现TE模和TM模之间的相互转化。为了高效的优化出高性能器件,本研究创新性的采用了粒子群算法对器件参数进行优化,并取得了良好的效果。本研究的主要创新工作包括:1.采用粒子群算法对双刻蚀非均匀光栅耦合器的参数进行全面的优化,优化后的光栅具有高耦合效率。在1550nm波长处,耦合效率达75.5%,对应的损耗仅有1.2d B,1d B带宽能够覆盖C波段。器件制作工艺与CMOS工艺兼容,制作简单。2.提出了贝塞尔曲线型的绝热渐变波导。该波导用于连接两段宽度分别为12μm和0.5μm的波导。通过粒子群算法的优化,该绝热渐变波导长度只有50um,在1540nm-1600nm的波长范围内透射率均在98%以上。其长度远短于其他曲线型的绝热渐变波导。3.首次提出了一种新型表面等离子激元辅助型偏振旋转器结构。该偏振旋转器长度仅有2.56μm;在整个C波段,消光比大于26d B,损耗小于0.75d B。据我们所知,该器件的损耗在所有同类型器件中是最小的。4.优化了基于模式耦合原理的偏振旋转器。该器件具有高带宽和超低损耗的特性。优化后的器件的消光比最高达到32.3d B;在1550nm波长处消光比为26.3d B,损耗为0.006d B;在1400nm700nm范围内,消光比都大于17d B,损耗小于0.1d B。

关键词：硅基光子学光栅耦合器绝热渐变波导偏振旋转器粒子群算法

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硅基光芯片输入输出器件的设计与研究

硅基光芯片输入输出器件的设计与研究

作者：张万强上海交通大学

学位级别：硕士

信息时代人们对于通信与互联的需求与日俱增,且随着数据中心与超级计算机的不断发展,对设备的处理速度与传输容量都提出了新的挑战。在传统的电互联技术正在逼近其性能极限的条件下,光电互联成为了续写摩尔定律的新的选择。其中,硅基光... 详细信息

信息时代人们对于通信与互联的需求与日俱增,且随着数据中心与超级计算机的不断发展,对设备的处理速度与传输容量都提出了新的挑战。在传统的电互联技术正在逼近其性能极限的条件下,光电互联成为了续写摩尔定律的新的选择。其中,硅基光电子技术结合了微电子技术与光电子技术,能够充分发挥成熟的微电子加工工艺,同时拥有光通信的高带宽,高速率,低损耗与抗电磁干扰的特性,是面向下一代高速互联应用场景的关键技术。硅基光电子芯片在产业化的道路上一直受到了光源的制约,晶体硅的材料特性决定其难以发光,故实际应用时需对硅光芯片引入外部光源。在此过程中,耦合器件性能的好坏直接决定了片上系统能够承受多大的功率代价,而且耦合方案的成本也影响着整个片上系统的实用性。与此同时,硅基光器件设计方法也在不断发展,这也是当下的热门研究方向。本文的研究工作可归结为两个方向,一部分是研究硅基光电子输入输出器件,另一部分则是针对器件的逆向设计方法进行了优化。其相应的研究内容与创新点如下:1)对普通光栅参数进行扫描研究,针对多通道的输入输出需求提出了利用光纤阵列进行的多通道耦合方案,并绘制版图进行流片与测试工作。2)提出了两种入射光偏振方向无关的耦合方案,旨在实现在硅基耦合方案中去掉光纤偏振控制器件,实现低成本、高密度的耦合方案。两种设计均通过仿真验证,其中全垂直的偏振无关光栅耦合器实现了-4.56±0.15 dB的耦合损耗与平坦度,引入倾角的耦合器能够实现-5.7±0.53 dB的耦合损耗与平坦度,极大的减轻了普通光栅对入射光偏振方向敏感的特性。3)提出双入射通道的椭圆多模干涉仪设计方案,其中主次双通道椭圆多模干涉仪能够实现在1550 nm波长下,主要波导的传输损耗为-0.139 dB,次要波导传输损耗为-1.126 dB。对称耦合器则实现两条通道的传输损耗都在-0.22 dB以下,同时该器件也具有双通道任意比例耦合特性,结合偏振分束光栅,实现了±0.05 dB平坦度的入射光偏振方向无关的耦合方案。4)通过高斯模糊算法优化逆向设计方法,对超小弯曲波导的逆向设计方案进行特征提取,利用新型光栅结构来实现超小弯曲半径的180°弯曲波导。设计了弯曲半径仅有0.6μm的弯曲波导,且其传输谱带宽相比逆向设计方案而言较大提升,在整个C+L波段都能保证80%的传输效率。

关键词：光互联硅基光电子光栅耦合器多模干涉仪逆向设计