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长周期光纤光栅和双锥形光纤间的倏逝波耦合作用

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光学学报 2004年第12期24卷 1603-1606页

作者：罗爱平高侃刘峰瞿荣辉方祖捷中国科学院上海光学精密机械研究所上海市201800

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明,由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠,长周期光纤光栅产生的包层模,可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。... 详细信息

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明,由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠,长周期光纤光栅产生的包层模,可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率,应满足模式匹配的条件,同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关,为获得高的耦合效率,耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用,为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法;为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件,提供了一种可能的方案。

关键词：导波与光纤光学倏逝波耦合长周期光纤光栅双锥形光纤

基于倏逝波耦合的雪崩光电二极管的波导研究与器件设计

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基于倏逝波耦合的雪崩光电二极管的波导研究与器件设计

作者：高晶华中科技大学

学位级别：硕士

光集成技术领域是发展中的,激烈变化着的领域,相较于硅基微电子技术它还处于起步阶段,但同时它有非常广阔的发展前景。随着数据、信息通信和交换量的指数级增加,人们对于超容量、高速率光通信系统的需求日益增加。光集成技术对于大容量... 详细信息

光集成技术领域是发展中的,激烈变化着的领域,相较于硅基微电子技术它还处于起步阶段,但同时它有非常广阔的发展前景。随着数据、信息通信和交换量的指数级增加,人们对于超容量、高速率光通信系统的需求日益增加。光集成技术对于大容量高速光通信系统的发展起至关重要的作用。光电探测器是光通信系统的重要组成部分,将光集成技术应用于光电探测器,利于提升光电探测器的性能和可靠性,并降低其制作成本,这对学术界和工业界都具有重要的研究价值。本论文的主要目的即立足于此,深入研究光电探测器存在的问题并提出解决方案,最终设计出满足高速(≥25Gbit/s)光通信需求的集成光电探测器。论文中对比了混合集成和单片集成这两种光集成形式,对于光接收机系统,单片集成的方式有助于缩小器件尺寸并提高器件的可靠性。此外,论文对于光信号耦合进入光探测器吸收区的方式进行对比分析,基于波导结构的倏逝波耦合方式避免了光探测器速率和量子效率间相互制约的问题,并有利于光生载流子在光探测器吸收区的均匀分布,适用于高速光探测器。雪崩光电二极管(APD)由于其内部倍增效应可以获得较高的响应度,适用于远距离通信系统中微弱信号的探测。依据上述分析,本文核心内容是高响应度,高速波导型APD的设计,此外论文对该波导型APD的性能参数,包括量子效率,响应度,增益带宽积和暗电流进行了仿真,并研究了其制作流程与工艺。论文首先基于理论分析解析计算出波导型APD的波导结构参数,在波导设计过程中,提出了描述不同模式传输差异的参数——等效折射率的离差平方和(SSDR),可用于描述波导中不同传输模式的偏振相关性。基于上述分析,提出了两种新型的波导结构:包含空气缝的光匹配层和台阶波导。上述波导结构的提出使得波导型APD在较小结构尺寸内实现了低偏振相关性和高效耦合。论文中提出了低偏振相关性,高效耦合的波导结构,并在此波导结构的基础上提出一种基于绝缘体上锗(GeOI)的波导型APD,该单片集成光探测器具有较高的响应度,较低的暗电流,可应用于25 Gbit/s的高速光通信系统,并且其制作工艺与现有IC工艺完全兼容利于以较低的成本实现该器件。最后在波导偏振相关性和耦合特性研究的基础上,结合波导型硅锗探测器,对其宽谱范围内的响应度和偏振依赖性进行了研究,发现通过计算找出波导结构的最优参数,是可以在宽谱范围内同时实现高效耦合和低偏振依赖性。

关键词：光集成器件波导雪崩光电二极管绝缘体上锗(GeOI) 倏逝波耦合偏振依赖性

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平行光学纳米线间的倏逝波耦合特性研究

平行光学纳米线间的倏逝波耦合特性研究

作者：黄克己浙江大学

学位级别：硕士

平行光学纳米线间的倏逝波耦合特性研究有着广泛的应用前景，比如光学耦合器件设计和研制、通过拉锥光纤与外部光学系统的光学连接，以及纳米线间的能量交换与控制等。本文基于三维时域有限差分方法(3D-FDTD)对平行纳米线间的倏逝波耦... 详细信息

平行光学纳米线间的倏逝波耦合特性研究有着广泛的应用前景，比如光学耦合器件设计和研制、通过拉锥光纤与外部光学系统的光学连接，以及纳米线间的能量交换与控制等。本文基于三维时域有限差分方法(3D-FDTD)对平行纳米线间的倏逝波耦合特性进行了研究，主要研究了二氧化硅、碲酸盐和硅这三种材料构成的纳米线间的耦合特性，给出了耦合效率、耦合长度等基本特性。研究结果表明，耦合效率与耦合长度关系表现出与弱耦合系统类似的正弦振荡特性;与弱波导耦合特性相比，纳米线间的强耦合特性使其在具有较小耦合长度的情况下可以获得比较高的耦合效率;同时，不同于弱波导耦合特性，纳米线的耦合系统最小耦合效率远高于0;对不同材料(不同折射率)的纳米线(例如二氧化硅纳米线和碲酸盐纳米线间的耦合、碲酸盐纳米线和硅纳米线间的耦合，以及二氧化硅纳米线和硅纳米线间的耦合)间的耦合，也可以得到较高的耦合效率。我们还研究了偏振方向对耦合效率的影响、反对称超模截止、光学纳米线端对端耦合效率等特性。研究结果表明，使用纳米光纤研制微纳光子器件，对于减小耦合器的尺寸、实现纳米线和外部光学系统之间的高效率能量交换等非常有利。本课题的研究结果对于光学纳米线的实际应用具有重要的参考价值。

关键词： 3D-FDTD 光学纳米线倏逝波耦合耦合效率端对端耦合

基于InAs/GaAsSb超晶格的中红外波导探测器结构设计（英文）

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红外与毫米波学报 2024年第04期 457-463页

作者：裴金狄柴旭良王昱彭周易国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室

在近红外领域，已经利用片上波导和谐振器实现了分子的光谱检测。然而在中红外波段，许多传感器仍使用芯片外光源和探测器，这限制了化学传感芯片的集成度和灵敏度。本文设计了一种InAs/GaAsSb超晶格中红外波导集成探测器，采用GaAsSb... 详细信息

在近红外领域，已经利用片上波导和谐振器实现了分子的光谱检测。然而在中红外波段，许多传感器仍使用芯片外光源和探测器，这限制了化学传感芯片的集成度和灵敏度。本文设计了一种InAs/GaAsSb超晶格中红外波导集成探测器，采用GaAsSb作为中红外波导，波导层和InAs/GaAsSb超晶格吸收层之间采用倏逝波耦合方式，可以实现低损耗和高响应度的中红外光探测。对器件的光电特性进行了模拟，着重分析了InAs/GaAsSb超晶格光电探测器与GaAsSb波导集成的影响因素，得到了吸收区的最优厚度和长度。当吸收区的厚度为0.3μm、长度为50μm时，噪声等效功率最低，量子效率可以达到68.9%。基于Ⅲ-Ⅴ族材料的波导探测器更容易集成中红外光源，实现中红外的片上集成光电检测芯片。

关键词： InAs/GaAsSb超晶格波导探测器倏逝波耦合 GaAsSb波导

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角锥腔固体激光器相干特性的研究

红外与激光工程 2016年第9期45卷 142-148页

作者：朱孟真万强刘旭欧阳艳蓉陈霞魏靖松马云峰陆益敏程勇武汉军械士官学校光电技术研究所湖北武汉430075 武汉军械士官学校基础部湖北武汉430075

多光束相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径。首次采用倏逝波理论结合互注入特性揭示了角锥腔固体激光器远场输出为相干合成分布的机理,角锥腔对称部分的激光由于互注入实现锁相,相邻部分由于倏逝波耦合实现锁相,重点研究... 详细信息

多光束相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径。首次采用倏逝波理论结合互注入特性揭示了角锥腔固体激光器远场输出为相干合成分布的机理,角锥腔对称部分的激光由于互注入实现锁相,相邻部分由于倏逝波耦合实现锁相,重点研究了固体激光器倏逝波耦合相干的特性。研究表明:锁相效果跟激光阵列排布方式有关,在相同的激光阵列排布方式时,腔长越长,占空比越大,则模式间耦合越强,锁相效果越好,越趋向于同相模输出。理论和实验证明了角锥是一个天然的相干合成元件,角锥多光束相干合成技术具有重要的科学价值。

关键词：激光技术互注入锁相倏逝波耦合角锥

高品质回音壁光学微腔的棱镜耦合关键技术研究

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高品质回音壁光学微腔的棱镜耦合关键技术研究

作者：冀冲北京邮电大学

学位级别：硕士

高品质回音壁光学微腔具有品质因子高和模式体积小的特点,在高灵敏探测、低阈值激光器、光学非线性和光电子集成等领域应用前景广阔。回音壁光学微腔棱镜耦合技术调谐灵活、稳定度高且易于封装集成,对于回音壁光学微腔的工程实用发展具... 详细信息

高品质回音壁光学微腔具有品质因子高和模式体积小的特点,在高灵敏探测、低阈值激光器、光学非线性和光电子集成等领域应用前景广阔。回音壁光学微腔棱镜耦合技术调谐灵活、稳定度高且易于封装集成,对于回音壁光学微腔的工程实用发展具有重要的研究意义,本论文针对高品质回音壁光学微腔的高效棱镜耦合技术难点,开展以下两方面工作:研究分析了回音壁光学微腔棱镜耦合的耦合效率优化问题。本文通过构建分析微腔曲率、腔内衰减、耦合入射角和耦合距离参量对回音壁光学微腔棱镜耦合效率的影响模型,重点研究了上述关键影响因素对棱镜耦合效率的优化机制:首先,降低回音壁光学微腔腔内衰减,以提高腔内光信号存储功率和能量;其次,最佳棱镜耦合入射角与系统临界耦合入射角相等,并依据临界耦合入射角设计最佳光学微腔曲率;最后,光学微腔与棱镜之间应满足临界耦合距离,以达到临界棱镜耦合状态。设计实现了高品质回音壁光学微腔高效棱镜耦合系统。本文构建设计了回音壁光学微腔棱镜耦合实验平台,通过优化调节棱镜耦合系统的关键影响参量,实现了高品质铌酸锂和氟化钙光学微腔的高效棱镜耦合:铌酸锂光学微腔的棱镜耦合效率和有载品质因子分别达到了50%和1.0×107;氟化钙光学微腔的棱镜耦合效率和有载品质因子分别达到了 80%和1.7×106。

关键词：回音壁模式光学微腔倏逝波耦合棱镜耦合

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利用蚕丝制作的微米光器件的研究

中山大学学报（自然科学版） 2013年第3期52卷 6-10页

作者：金虎白晓淞王鹏郑伟强薛怀庆牛福龙周晓燕甘肃联合大学师范学院甘肃兰州730000 中山大学光电材料与技术国家重点实验室广东广州510275 兰州大学物理科学与技术学院甘肃兰州730000

利用Na2CO3水溶液将蚕茧去除丝胶得到直径为5～15μm的生物纤维,采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了其形貌特征。通过倏逝波耦合的方法,利用SiO2微纳光锥将波长为671 nm的红光、532 nm的绿光、473 nm的蓝光分别耦合进入微米蚕丝生... 详细信息

利用Na2CO3水溶液将蚕茧去除丝胶得到直径为5～15μm的生物纤维,采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了其形貌特征。通过倏逝波耦合的方法,利用SiO2微纳光锥将波长为671 nm的红光、532 nm的绿光、473 nm的蓝光分别耦合进入微米蚕丝生物光纤,分析了其导光特性,测量了光在蚕丝纤维中的传输损耗。制作了2×2、3×1、1×4、环形等光子结构。实验证明蚕丝微米生物光纤具有良好的柔韧性和表面光滑度,其中波长为532 nm的绿光在直径为9.0μm的蚕丝纤维中传输时的损耗为0.78 ***-1。

关键词：光学器件微米生物光纤倏逝波耦合蚕丝纤维

SOI波导与InGaAs/InP光电探测器的集成

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激光与光电子学进展 2014年第11期51卷 18-27页

作者：崔荣杨晓红吕倩倩尹冬冬尹伟红李彬韩勤中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室北京100083

成熟的CMOS技术可制备无源光学器件,但高效光源和高性能光探测仍需要III^V族半导体材料。综述了近期III^V族外延片与SOI(silicon-on-insulator)波导集成的键合技术,按键合材料的不同分为无机和有机材料键合。着重分析了各种InGaAs/InP... 详细信息

成熟的CMOS技术可制备无源光学器件,但高效光源和高性能光探测仍需要III^V族半导体材料。综述了近期III^V族外延片与SOI(silicon-on-insulator)波导集成的键合技术,按键合材料的不同分为无机和有机材料键合。着重分析了各种InGaAs/InP光电探测器与SOI波导集成的光耦合方案,并对其优缺点进行对比。同时给出设计的一种倏逝波耦合的InGaAs/InP光电探测器,用时域有限差分(FDTD)法对器件光学特性进行了模拟,以SOI上有机键合的方式,获得95%的探测器吸收效率,表明该SOI波导集成的光电探测器可实现小体积、低损耗及高响应度的光探测,符合片上光互连系统的要求。

关键词：探测器 InGaAs/InP光电探测器 SOI(silicon-on-insulator)波导键合技术倏逝波耦合

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新型多芯光纤的模场特性分析

激光技术 2009年第5期33卷 529-531,534页

作者：李娟杨琳赵楚军文双春范滇元湖南大学计算机与通信学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室长沙410082

为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一... 详细信息

为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一定方式排列的微纳光纤束阵列中多根微纳纤芯可以很好耦合;当多根微纳芯和大芯径纤芯组束时,微纳纤芯能够有效地平坦模场。这一结果对于高功率光纤激光器和放大器的进一步发展很有帮助。

关键词：光电子学相干组束时域有限差分法倏逝波耦合