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SOI基亚微米光波导可调光衰减器的设计

半导体光电 2015年第1期36卷 34-37,41页

作者：刘瑞丹王玥吴远大安俊明胡雄伟中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室北京100083

基于硅的等离子色散效应,构建了SOI基光波导可调光衰减器(VOA)仿真模型,对SOI基亚微米脊形波导结构的模式特性、VOA器件的掺杂区间距、掺杂深度及浓度对VOA特性的影响进行了系统的模拟分析,优化设计出了小尺寸、低损耗的VOA器件,仿真结... 详细信息

基于硅的等离子色散效应,构建了SOI基光波导可调光衰减器(VOA)仿真模型,对SOI基亚微米脊形波导结构的模式特性、VOA器件的掺杂区间距、掺杂深度及浓度对VOA特性的影响进行了系统的模拟分析,优化设计出了小尺寸、低损耗的VOA器件,仿真结果表明:该器件在2.1V电压下即可获得30dB衰减量,功耗仅为14mW。

关键词：绝缘体上硅可调光衰减器光波导等离子体色散效应

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光子晶体波导可调光衰减器

中国激光 2007年第5期34卷 671-674页

作者：殷建玲黄旭光刘颂豪华南师范大学光子信息技术广东省高校重点实验室广东广州510006

提出一种直接用光子晶体(PC)波导实现的新型可调光衰减器(VOA)。基于填充液晶的光子晶体方向带隙的可调节性,通过调节液晶指向矢的旋转角实现对光子晶体波导衰减量进行控制。采用时域有限差分法(FDTD)对其原理和结构参量进行了分析。数... 详细信息

提出一种直接用光子晶体(PC)波导实现的新型可调光衰减器(VOA)。基于填充液晶的光子晶体方向带隙的可调节性,通过调节液晶指向矢的旋转角实现对光子晶体波导衰减量进行控制。采用时域有限差分法(FDTD)对其原理和结构参量进行了分析。数值模拟结果表明,随着液晶旋转角从0°～90°改变,填充液晶的光子晶体波导可以实现光通量在0.5～25.4dB的动态衰减,它插入到普通光子晶体波导之间的额外损耗只有0.2dB,尺寸仅为微米量级。

关键词：光通信可调光衰减器光子晶体波导液晶

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一种新型微机电系统可调光衰减器

光学学报 2004年第3期24卷 364-368页

作者：袁野邹勇卓鲍俊峰曹钟慧吴兴坤浙江大学现代光学仪器国家重点实验室

一种新型的低成本、小体积的电磁驱动微机电系统可调光衰减器 ,可用于密集波分复用系统中各信道的动态增益平衡。该器件采用电磁线圈驱动绕 10 0微轴转动的微反射镜 ,运动部件行程极小。驱动电压为 0～ 8V ,工作范围 0～ 35dB ,动态响... 详细信息

一种新型的低成本、小体积的电磁驱动微机电系统可调光衰减器 ,可用于密集波分复用系统中各信道的动态增益平衡。该器件采用电磁线圈驱动绕 10 0微轴转动的微反射镜 ,运动部件行程极小。驱动电压为 0～ 8V ,工作范围 0～ 35dB ,动态响应时间小于 2ms ,插入损耗小于 0 .8dB ,回波损耗小于 - 5 0 .5dB。器件采用微细电火花加工技术制作 ,加工精度为微米量级 ,技术成熟 ,工艺简单 ,易于批量生产。采用有限元分析软件ANSYS对器件的结构建模 ,对电磁场及衰减曲线进行了理论分析 ,并与实测数据进行了比较。

关键词：可调光衰减器微机电系统电火花加工密集波分复用动态增益平衡插入损耗回波损耗有限元分析

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基于液体变焦透镜的可调光衰减器性能

激光与光电子学进展 2010年第8期47卷 101-107页

作者：陈陶梁忠诚钱晨徐宁南京邮电大学光电工程学院微流控光学技术研究中心江苏南京210003

设计了一种新型的低成本、小体积的基于变焦液体透镜的可调光衰减器。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,腔内放置两种互不相溶的液体（水/油/水）,腔内液体构成了薄（油）透镜介质;采用导电材料制作的套管作为一个电极,另两个... 详细信息

设计了一种新型的低成本、小体积的基于变焦液体透镜的可调光衰减器。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,腔内放置两种互不相溶的液体（水/油/水）,腔内液体构成了薄（油）透镜介质;采用导电材料制作的套管作为一个电极,另两个电极则分别是与导电水溶液相接的左右管脚。通过介质上电润湿效应（EWOD）控制导电液体与绝缘油接触面形状,实现透镜焦距的调谐,进而实现单模光纤间耦合光强的调控,达到光的衰减控制目的。理论分析表明,这种光衰减器的衰减范围为0~60 dB,而且具有很好的波长相关损耗特性。

关键词：光学器件可调光衰减器介质上电润湿液体变焦透镜

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双折射率色散效应对液晶可调光衰减器的影响

光通信研究 2010年第1期 48-50页

作者：沈志学张大勇李剑峰骆永全罗飞中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

文章利用Jones矩阵方法计算和分析了双折射率色散效应对一种液晶可调光衰减器(VOA)衰减能力的影响。结果表明,当激光谱线宽度较窄时,双折射率色散效应将导致液晶VOA的光衰减能力大幅度减弱;反之,双折射率色散效应对液晶VOA光衰减能力的... 详细信息

文章利用Jones矩阵方法计算和分析了双折射率色散效应对一种液晶可调光衰减器(VOA)衰减能力的影响。结果表明,当激光谱线宽度较窄时,双折射率色散效应将导致液晶VOA的光衰减能力大幅度减弱;反之,双折射率色散效应对液晶VOA光衰减能力的影响可以忽略,但液晶VOA本身的光衰减能力很低。因此,液晶VOA适用于较窄线宽的激光光源,在设计和使用时应充分考虑液晶双折射率色散效应对其光衰减能力的影响。

关键词：液晶可调光衰减器双折射率色散线宽衰减能力

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MEMS可调光衰减器的波长相关损耗优化

光通信研究 2015年第6期6期(21)卷 49-52页

作者：陈旭万助军米仁杰罗志祥华中科技大学下一代互联网接入系统国家工程实验室武汉430074 华中科技大学光学与电子信息学院武汉430074

基于MEMS（微机电系统）扭镜的光束偏转技术是实现VOA（可调光衰减器）的主流技术方案之一,但其存在WDL（波长相关损耗）较大的问题.通过分析WDL的成因,提出了-种优化设计方案.实验测得在波长范围1.53-1.57μm 与衰减范围0-20dB内,WDL... 详细信息

基于MEMS（微机电系统）扭镜的光束偏转技术是实现VOA（可调光衰减器）的主流技术方案之一,但其存在WDL（波长相关损耗）较大的问题.通过分析WDL的成因,提出了-种优化设计方案.实验测得在波长范围1.53-1.57μm 与衰减范围0-20dB内,WDL最大为0.21dB,验证了理论分析的正确性.

关键词：光纤通信可调光衰减器波长相关损耗微机电系统

基于MEMS的可调光衰减器的设计与制造研究

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基于MEMS的可调光衰减器的设计与制造研究

作者：李超中南大学

学位级别：硕士

随着5G通信技术和有线电视网络的一体化飞速发展,光纤到户(Fiber To The Home,FTTH)被广泛运用于世界各地,全光网络(All-Optical Network,AON)的出现解除了光电转换速率慢的限制,成为了新一代光通信技术的趋势。在整个AON中,密集光波分... 详细信息

随着5G通信技术和有线电视网络的一体化飞速发展,光纤到户(Fiber To The Home,FTTH)被广泛运用于世界各地,全光网络(All-Optical Network,AON)的出现解除了光电转换速率慢的限制,成为了新一代光通信技术的趋势。在整个AON中,密集光波分复用系统(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)起着重要的作用,而可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)是该系统中重要的无源器件之一,具有光功率大小控制、动态增益平坦和信道功率均衡的作用。相比于传统的机械式VOA,基于微机电系统(MicroElectro-Mechanical System,MEMS)的VOA的应用最为广泛,具有体积小、成本低、结构简单、响应速度快、插入损耗低、可批量生产等优点,是国内外光通信行业的研究热点。本文对基于MEMS的反射式可调光衰减器的理论分析、建模仿真设计与优化、工艺制造以及测试进行了研究,论文的研究内容主要有:(1)介绍了可调光衰减器的基本结构原理和分类;介绍了MEMS可调光衰减器的国内外研究现状;介绍了MEMS可调光衰减器衰减光路的基本理论,静电驱动MEMS微镜原理,镜面反射原理,高斯光束传播和模场耦合原理;介绍了MEMS可调光衰减器的驱动原理;介绍了MEMS可调光衰减器芯片的结构参数计算公式,研究了微镜扭转角度与结构参数的关系,并利用三维模型设计软件设计了基本结构。(2)利用有限元软件构建了MEMS可调光衰减器芯片的有限元仿真模型,并在5V的驱动电压下做结构的机电耦合分析,研究了MEMS微镜的偏转位移与结构参数的关系,对芯片的结构(梳齿间距、梳齿对数、梳齿长度、扭转梁长度和宽度等)进行了仿真优化,得出施加5V电压时,微镜偏转位移29.07μm。然后对芯片进行模态分析和谐响应分析,得出前六阶的模态振型与相应的谐振频率,并研究各结构参数对芯片固有频率的影响,得到优化后的结构第一阶固有频率为174.95Hz,且谐响应分析下芯片在175Hz下振幅最大,与模态分析结果一致。(3)基于两片SOI晶圆规划了MEMS可调光衰减器芯片的工艺制作流程,搭建光学器件性能测试平台对制作的MEMS可调光衰减器芯片进行测试。测试结果表明,可调光衰减器衰减量超过了20d B,响应时间小于1s,证明了基于MEMS的可调光衰减器的设计和制作工艺的可行性。图57幅,表9个,参考文献94篇。

关键词：可调光衰减器微机电系统垂直梳齿结构扭转梁有限元仿真绝缘体上硅深硅反应离子刻蚀技术

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多模光纤可调光衰减器研究

多模光纤可调光衰减器研究

作者：严康华中科技大学

学位级别：硕士

随着多模光纤(Multi-Mode Fiber,MMF)通信技术的发展,多模光纤可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)被广泛应用于多模光纤通信系统中,实现功率均衡和器件保护。目前主流MMF VOA设计方案是将线性渐变的中性密度滤光片(Neutral ... 详细信息

随着多模光纤(Multi-Mode Fiber,MMF)通信技术的发展,多模光纤可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)被广泛应用于多模光纤通信系统中,实现功率均衡和器件保护。目前主流MMF VOA设计方案是将线性渐变的中性密度滤光片(Neutral Density Filter,NDF)直接插入在光路中,并通过直线型步进电机驱动NDF在光路中移动,实现对衰减值的调节,但这会导致响应速度慢的问题。针对现有设计方案的缺点,本论文提出了一种可快速响应的MMF VOA。论文的主要内容如下:系统研究了目前常见的VOA设计方案及实现原理,并比较单模光纤(Single-Mode Fiber)SMF VOA与MMF VOA的区别。考虑MMF VOA中的模式稳定性和调谐速度问题,提出了基于旋转型步进电机和线性渐变的NDF的MMF VOA,其中NDF被固定在光路中,步进电机驱动反射镜旋转,反射光束在NDF上线性移动,从而快速实现光束能量衰减。利用Zemax软件对光学系统进行仿真分析,得到系统的耦合效率为81.678%,验证了该方案的可行性。考虑光学元件表面的反射损耗,分析得到光学系统的理论插入损耗(Insertion Loss,IL)为1.5d B,在NDF表面镀上增透膜后IL可降至0.9d B。根据仿真优化的光学结构,设计和加工了实验所需的装配组件。完成了MMF VOA的装配和相关性能指标的测量,得到:系统的IL为2.07d B,在NDF表面镀上增透膜后IL可降至1.5d B;衰减值范围为2d B～25d B;最慢响应速度为7ms;重复性衰减范围为0.5d B～30d B;最慢响应速度为14ms。

关键词：多模光纤可调光衰减器中性密度滤光片响应速度插入损耗

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MEMS可调光衰减器光学系统的研究

MEMS可调光衰减器光学系统的研究

作者：魏会敏华中科技大学

学位级别：硕士

基于DWDM技术的全光网络,充分利用光纤所具有的巨大传输容量,必将成为组建下一代高可靠性、超大容量、超高速信息网络的核心技术。光衰减器是一种广泛应用的重要的光通信无源器件,尤其是在全光网络中有着重要的应用。研制出一种工作在1... 详细信息

基于DWDM技术的全光网络,充分利用光纤所具有的巨大传输容量,必将成为组建下一代高可靠性、超大容量、超高速信息网络的核心技术。光衰减器是一种广泛应用的重要的光通信无源器件,尤其是在全光网络中有着重要的应用。研制出一种工作在1550nm波长范围的5V驱动MEMS VOA。它除了具有传统结构VOA良好的光学性能外,还具有驱动电压低、光学结构简单、易于实现多信道集成、性价比高等优点。它主要由双光纤pigtail、C-lens透镜和MEMS Mirror三部分组成,光学结构非常简单。它的基本工作原理是:静电驱动Mirror小角度转动,反射镜改变传输光的方向,高斯光束的传输和模场耦合理论。本文概述了光衰减器在全光网络中的应用,光衰减器的分类及各种实现方案,发展历程、发展前景及国内外研究情况,给出了本课题的研究目的和意义。介绍了MEMS和MOEMS技术,基于MEMS的VOA的几种实现方案。在现有技术的基础上,研制出一种新颖的MEMS VOA方案;改进之处是采用斜8度C-Lens。给出了VOA的光学结构组成,介绍了它的工作原理。基于现有C-Lens球透镜结构,分析了VOA光学结构要求,得到光学组件的装配要求。 VOA的光学结构,可等效为两个单模光纤准直器的耦合结构;VOA利用角向失配量的改变,实现不同衰减值。利用纤维光学理论,分析了两个单模光纤准直器的一般耦合情况,进而得到了VOA的插入损耗、衰减量和WDL的计算公式;利用矩阵光学,得到了RL的计算公式;详细分析讨论了它们的影响因素。给出了PDL、TDL的概念及光通信系统对几个光学参数的要求。最后给出了VOA的实验研究情况:测试系统的设计、光路的调试、光学参数的测试和研究等。实验结果表明该方案是可行的,IL、衰减量、PDL、WDL、RL等均满足光通信要求,但是TDL不易控制。如果能改善工艺和提高装配技能,能达到更高的产品指标。

关键词：全光网络微机电系统波分复用功率均衡可调光衰减器