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微环谐振器故障模拟装置设计与实现

仪表技术与传感器 2019年第9期 33-37页

作者：朱爱军陈端勇胡聪许川佩陈帅桂林电子科技大学电子工程与自动化学院广西桂林541004 广西自动检测技术与仪器重点实验室广西桂林541004

光片上网络(PNOC)是下一代片上网络的典范,而微环谐振器(MRR)是光片上网络中的关键设备。MRR对温度的波动非常敏感,容易发生故障,如何检测MRR故障是提高PNOC可靠性的关键,而MRR故障模拟器是验证MRR故障检测的关键。该文首先建立MRR的故... 详细信息

光片上网络(PNOC)是下一代片上网络的典范,而微环谐振器(MRR)是光片上网络中的关键设备。MRR对温度的波动非常敏感,容易发生故障,如何检测MRR故障是提高PNOC可靠性的关键,而MRR故障模拟器是验证MRR故障检测的关键。该文首先建立MRR的故障模型,给出MRR故障模拟器的设计原理,设计的装置可分为故障模拟器模块、故障处理模块、显示模块及故障设置模块4个部分。该设计实现了MRR故障位置的任意设置、故障模拟器模块的切换以及故障的判断与显示。实验结果证明了设计的故障模拟器的有效性。

关键词：微环谐振器光片上网络模拟器

微环谐振器辅助马赫—曾德尔干涉仪的滤波特性研究

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微环谐振器辅助马赫—曾德尔干涉仪的滤波特性研究

作者：宫原野北方工业大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的高速发展,人们对高速度、高容量通信网络需求不断提高,使得集成光学这一研究领域得到了广泛关注。微环谐振器由于结构紧凑、成本低廉、可集成度高等优点,已成为集成光学研究领域重要的元器件。采用微环谐振器设计的光... 详细信息

随着互联网技术的高速发展,人们对高速度、高容量通信网络需求不断提高,使得集成光学这一研究领域得到了广泛关注。微环谐振器由于结构紧凑、成本低廉、可集成度高等优点,已成为集成光学研究领域重要的元器件。采用微环谐振器设计的光学滤波器、波分复用器、波导传感器等光学器件在光通信网络中扮演着重要角色。本文以微环谐振器的滤波性能为研究课题,对微环谐振器的工作原理、分析方法、以及微环谐振器辅助马赫-曾德尔干涉仪型滤波器的设计方法及传输特性进行深入研究。本论文的研究内容及主要成果如下:(1)对微环谐振器的发展历史,国内外研究现状进行总结;采用信号流程图理论分析了微环谐振器的输出性能,为下文微环滤波器设计及理论分析奠定了基础。(2)研究了微环滤波器的设计方法,分析了串联、并联型微环滤波器的输出性能及结构参数对其输出谱的影响,在此基础上提出一种改进的交叉信道型微环滤波器。(3)为改善普通马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的滤波性能,将微环谐振器与MZI相结合设计出串联双环辅助MZI滤波器和微环位于MZI上下侧滤波器。通过引入微环谐振器的相位调节机制,优化微环与MZI干涉臂及微环与微环间的耦合系数,在滤波器输出端实现顶部平坦,边沿陡峭的输出谱。

关键词：光通信集成光学光学滤波器微环谐振器马赫-曾德尔干涉仪信号流程图理论

一种基于金刚石多层波导结构微环谐振器的仿真分析

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物理学报 2017年第20期66卷 83-90页

作者：李志全白兰迪顾而丹谢锐杰刘同磊牛力勇冯丹丹岳中燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

提出了一种以金刚石新型材料为芯层的单微环谐振器模型.谐振器的纵切面采用五层脊形波导结构,中间一层设定为金刚石,上下两侧分别是SiO_2和As_2S_3,即As_2S_3-SiO_2-金刚石-SiO_2-As_2S_3.设置操作波长为1550 nm,依据耦合膜理论和微环... 详细信息

提出了一种以金刚石新型材料为芯层的单微环谐振器模型.谐振器的纵切面采用五层脊形波导结构,中间一层设定为金刚石,上下两侧分别是SiO_2和As_2S_3,即As_2S_3-SiO_2-金刚石-SiO_2-As_2S_3.设置操作波长为1550 nm,依据耦合膜理论和微环谐振理论,利用Comsol软件仿真模拟了单直波导纵切面、直波导和环形波导耦合区的纵切面以及微环在谐振波长为1543 nm时的场强分布,及直波导和环形波导耦合区间距改变时微环的场强分布和传输特性.在此基础上,依据传输矩阵法讨论了微环的品质因数、耦合系数变化对输出光谱的影响,并对微环损耗进行了讨论.结果表明:以金刚石为芯层的微环谐振器具有良好的光学特性,本结构在谐振波长为1543 nm时谐振峰值达到了-12 dB以上,品质因数达到了1.54×10~5,在耦合系数为0.01时,自由光谱范围约为40 nm.

关键词：金刚石芯层微环谐振器多层脊型波导结构

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一种光栅辅助狭缝微环谐振器的传感特性

光学学报 2022年第16期42卷 145-152页

作者：刘春娟王嘉伟吴小所桑常林乔泽孙晓丽兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

为提高折射率传感中的灵敏度和品质因数,提出一种光栅辅助狭缝微环谐振器,该结构在狭缝微环的基础上引入光栅结构来实现不同波长处的类电磁诱导透明(EIT-like)效应,从而获得更高的灵敏度和品质因数。利用传递矩阵法建立嵌孔微环谐振器... 详细信息

为提高折射率传感中的灵敏度和品质因数,提出一种光栅辅助狭缝微环谐振器,该结构在狭缝微环的基础上引入光栅结构来实现不同波长处的类电磁诱导透明(EIT-like)效应,从而获得更高的灵敏度和品质因数。利用传递矩阵法建立嵌孔微环谐振器频谱计算和参数优化的数值模型。采用有限差分时域(FDTD)方法对所提器件结构的传输频谱和谐振腔的电场分布进行模拟仿真,并讨论器件结构参数的影响。结果表明:所提器件实现了EIT-like效应;在折射率传感应用中,所提器件的品质因素为35495,灵敏度高达360 nm/RIU(RIU为折射率单位),与参数相似的常规微环谐振器相比,灵敏度提高了270 nm/RIU;所提器件的灵敏度检测下限为2.3×10^(-4)RIU。

关键词：集成光学微环谐振器狭缝微环光栅折射率传感

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基于微环谐振器的二阶全通滤波器的研究

基于微环谐振器的二阶全通滤波器的研究

作者：陈宇华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,硅基光子学由于尺寸小、功耗低、抗干扰能力强等优点,是光通信技术未来发展的重要趋势。微环谐振器(Microring Resonator,MRR)是集成光学中的基础单元器件之一,利用其相移特性可以设计相位调控器件。但是微环进行移相的同时往往... 详细信息

近年来,硅基光子学由于尺寸小、功耗低、抗干扰能力强等优点,是光通信技术未来发展的重要趋势。微环谐振器(Microring Resonator,MRR)是集成光学中的基础单元器件之一,利用其相移特性可以设计相位调控器件。但是微环进行移相的同时往往会引入幅度变化。光学全通滤波器(All-Pass Filter,APF)具有恒定的幅频响应和可变的相频响应,可在不引起信号幅度变化的情况下操纵光学相位。目前,只有一阶全通滤波器的工作被报道,但是一阶全通滤波器的相移范围和延时量限制了它的应用。由于高阶全通滤波器能提供较大的延时和相移,本文围绕光学全通滤波器的相移范围和延时的提升,设计了二阶光学全通滤波器结构,并进行了理论和实验验证。具体的研究内容如下:(1)将两个一阶光学全通滤波器串联实现二阶全通滤波器,并在绝缘体上硅(Silicon On Insulator,SOI)晶片上成功制作了该器件。通过理论推导和模拟仿真对二阶全通滤波器的传输特性进行了深入的分析。实验结果表明,该二阶全通滤波器实现最大延时量为477 ps,幅度抖动为1.5 d B。将该全通滤波器应用于微波光子移相中,可以得到移相范围为0～3.16π的微波光子移相器,幅度抖动为2.9 d B。(2)虽然简单地串联两个一阶全通滤波器可以得到二阶全通滤波器,但器件的复杂度和尺寸都成倍地增加。为了解决这一问题,提出采用一阶全通滤波器结构级联单个微环谐振器来实现二阶全通滤波器。基于该二阶全通滤波器,延时器可以在553到948 ps之间连续可调,幅度抖动最大为1.7 d B。同样,利用该器件实现微波光子移相器,相移范围为0～3.27π,幅度变化为3.2 d B。此外,该二阶全通滤波器可重构为一阶全通滤波器,大大提高了应用的灵活性。

关键词：硅基光子学微环谐振器二阶全通滤波器可调延时微波光子移相器

基于单个槽波导微环谐振器法诺共振的折射率传感

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半导体光电 2024年第1期45卷 56-61页

作者：李鑫雨徐强孙士博孔梅徐亚萌长春理工大学物理学院光电信息科学与技术系长春130022

法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已... 详细信息

法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500 nm/RIU,可探测极限为4.00×10^(-5) RIU;在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×10~4 dB/RIU,可探测极限为5.52×10^(-6) RIU。

关键词：集成型传感器槽波导微环谐振器法诺折射率传感

基于一维光子晶体纳米梁腔辅助微环谐振器的研究

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光学学报 2023年第22期43卷 247-257页

作者：张江峰梁龙学李尧吴小所王嘉伟孙成龙兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

近年来,电磁诱导透明(EIT)效应得到了广泛的研究,特别是对其群延迟的动态可调谐在光通信领域有良好的应用前景。提出了一种一维光子晶体纳米梁腔辅助微环谐振腔的动态可调谐电磁诱导透明系统。在该系统中引入了石墨烯,通过改变石墨烯的... 详细信息

近年来,电磁诱导透明(EIT)效应得到了广泛的研究,特别是对其群延迟的动态可调谐在光通信领域有良好的应用前景。提出了一种一维光子晶体纳米梁腔辅助微环谐振腔的动态可调谐电磁诱导透明系统。在该系统中引入了石墨烯,通过改变石墨烯的费米能级实现了对类电磁诱导透明的开关调控和群延迟的动态调谐。此外,在改变纳米梁腔与微环谐振腔的耦合距离和微环谐振腔的半径时,实现了对EIT窗口“关—开—关”的调控。采用三能级原子系统解释了类EIT效应的物理机制,采用三维时域有限差分法对该结构进行仿真,并分析了该结构的传感特性和延迟特性,仿真结果表明,灵敏度为614.4 nm/RIU、品质因数为370.8、群延迟为7.1 ps、群指数高达895。该系统为光开关、传感器和慢光器件的研发提供了一种可行方案。

关键词：电磁诱导透明效应纳米梁腔微环谐振器石墨烯集成光学

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基于级联镶嵌型微环谐振器的传感特性研究

基于级联镶嵌型微环谐振器的传感特性研究

作者：李械原河北科技师范学院

学位级别：硕士

光学微环谐振器因其尺寸小、品质因子高、结构简单等优势在传感器的制作中被广泛应用。本文对设计新型微环谐振器结构和优化现有微环结构两个角度进行分析,意在通过设计新型微环谐振器的几何结构并结合应用新型材料来增强微环在传感应... 详细信息

光学微环谐振器因其尺寸小、品质因子高、结构简单等优势在传感器的制作中被广泛应用。本文对设计新型微环谐振器结构和优化现有微环结构两个角度进行分析,意在通过设计新型微环谐振器的几何结构并结合应用新型材料来增强微环在传感应用中的性能。并通过新的优化方法来简化人工操作,更快速更精准的得到新结构的最优设计参数,本文主要的研究工作如下:首先介绍了微环谐振器的研究背景和研究现状,并描述了光波导基本理论、微环谐振器的研究方法、几种基本结构模型和性能指标,为后文的设计做好了铺垫。其次设计了基于二硫化铂的镶嵌式微环谐振器,建立了镶嵌型跑道微环谐振器的模型,使用仿真软件对器件工作过程中光的传输过程进行了仿真。综合波导参数,耦合系数、微环半径等结构参数进行了对比分析,得出了最优结果,并计算了该结构的器件性能。再次设计了基于混合等离子体波导的三阶串联跑道对称型微环谐振器模型,通过传输矩阵法和耦合模理论对这种结构的输出函数进行了计算,通过仿真对比分析了影响器件性能的波导槽宽度、跑道型谐振腔的半径、损耗系数、耦合系数等因素,得到了最优参数的选择,使器件性能达到最优状态,具有超大的自由光谱范围。最后在镶嵌型结构和三阶串联的结构基础上,结合两种结构的优点,进一步设计了三阶串联镶嵌式结构,建立了数学理论模型,并采用多目标智能优化算法替代人工手动优化,对器件的各项参数进行自动求解,并将自动优化参数的结果进行验证和调整,获得了理想的输出光谱曲线。本文通过对微环谐振器的理论研究和仿真实验证明,对微环谐振器的结构优化可以提高器件的传感性能,智能优化算法可以应用在微环谐振器结构设计的理论过程中,为新型传感器的制作和理论研究提供了新的思路和参考。

关键词：微环谐振器传感器智能优化折射率

基于亚波长光栅和三明治结构的偏振无关微环谐振器的设计与仿真

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物理学报 2021年第12期70卷 89-96页

作者：汪静丽张见哲陈鹤鸣南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院南京210023

基于绝缘体上硅的微环谐振器由于成本低、结构紧凑和集成度高等优点,是构成波分复用器、调制器以及光开关等的核心器件.然而,该类器件由于芯层与覆盖层间的高折射率差,具有较大的偏振相关性,在诸多使用偏振无关器件的应用中受到限制.本... 详细信息

基于绝缘体上硅的微环谐振器由于成本低、结构紧凑和集成度高等优点,是构成波分复用器、调制器以及光开关等的核心器件.然而,该类器件由于芯层与覆盖层间的高折射率差,具有较大的偏振相关性,在诸多使用偏振无关器件的应用中受到限制.本文基于亚波长光栅和三明治结构设计了一种偏振无关微环谐振器,通过改变三明治结构中低折射率层SiN_(x)的折射率,同时结合耦合区亚波长光栅的结构参数优化,最终消除微环谐振器的偏振相关性.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对器件的结构参数进行了优化.结果表明,器件在TE和TM偏振模时的3-dB带宽均小于0.8 nm,插入损耗均小于0.8 dB,微环半径仅为10μm,并且在谐振波长1552.26 nm附近的两个自由频谱区内实现了偏振无关.与常见的微环谐振器相比,本文所提出的器件尺寸小、损耗低,可用于构成偏振无关的密集波分复用器,在未来的集成光路中具有较高的应用价值.

关键词：微环谐振器偏振无关亚波长光栅三明治结构