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基于高Q值微环谐振器的主动锁模光电振荡器

激光与光电子学进展 2024年

作者：王容唐震宙刘大鹏崔甜崔乃迪潘时龙南京航空航天大学电子信息工程学院天元实验室联合微电子中心有限责任公司

提出一种基于微环谐振器（MRR）的主动锁模光电振荡器（AML-OEO）。通过在传统OEO环路中插入Mach-Zehnder调制器（MZM）并改变注入MZM的射频信号频率来实现主动锁模。实验结果表明，通过基频、五阶和十阶谐波锁模能够产生重复频率分别为... 详细信息

提出一种基于微环谐振器（MRR）的主动锁模光电振荡器（AML-OEO）。通过在传统OEO环路中插入Mach-Zehnder调制器（MZM）并改变注入MZM的射频信号频率来实现主动锁模。实验结果表明，通过基频、五阶和十阶谐波锁模能够产生重复频率分别为5.93MHz、29.65 MHz和59.3 MHz的微波频率梳（MFCs）。与自由运行的OEO相比，系统产生中心频率为14.64 GHz的MFCs信号的相位噪声在不同阶次下相似，在10 kHz偏移处具有-92 dBc/Hz的相位噪声。

关键词：光电振荡器主动锁模微环谐振器微波光子学

基于硅基微环谐振器的Fano共振线型产生和调谐研究进展

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半导体光电 2024年第3期45卷 341-348页

作者：徐强孙士博李鑫雨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

Fano共振的线型具有明显不对称特征,在光学通信、调制和传感等领域中极具应用潜力。首先对微环谐振器的各种线型进行了介绍,强调了Fano共振线型的独特优势,其次依据结构分类梳理了国内外基于硅基微环谐振器产生Fano共振的研究现状,然后... 详细信息

Fano共振的线型具有明显不对称特征,在光学通信、调制和传感等领域中极具应用潜力。首先对微环谐振器的各种线型进行了介绍,强调了Fano共振线型的独特优势,其次依据结构分类梳理了国内外基于硅基微环谐振器产生Fano共振的研究现状,然后介绍了基于热光效应的Fano共振调谐的研究进展,最后展望了硅基微环谐振器的Fano共振的发展及应用。

关键词：微环谐振器 Fano共振热光效应

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非对称法布里-珀罗腔槽型微环谐振器及其传感特性(英文)

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2024年

作者：曹倩倩刘春娟吴小所孙晓丽兰州交通大学电子与信息工程学院

为了实现高品质因子和高灵敏度的折射率传感器，本文提出了一种基于非对称法布里-珀罗腔的槽型微环谐振器。该结构中一对椭圆形孔构成的法布里-珀罗腔与微环谐振器所产生的两种不同的光模式发生破坏性干涉形成Fano线型，在获得较高品质... 详细信息

为了实现高品质因子和高灵敏度的折射率传感器，本文提出了一种基于非对称法布里-珀罗腔的槽型微环谐振器。该结构中一对椭圆形孔构成的法布里-珀罗腔与微环谐振器所产生的两种不同的光模式发生破坏性干涉形成Fano线型，在获得较高品质因子和消光比的同时，提高了系统灵敏度。通过传输矩阵法分析该结构的传输原理。利用时域有限差分法对所提结构的透射谱图及模场分布进行模拟仿真，并对器件中影响Fano线型的关键结构参数进行了优化。仿真结果表明：该器件的品质因子可以达到22037.1，消光比为23.9dB。采用折射率传感特性分析，得到该结构的灵敏度为354nm/RIU，灵敏度的检测极限为2×10-4RIU。因此，本文提出的非对称法布里-珀罗腔槽型微环谐振器结构紧凑、性能优良，在传感应用方面其优势较为明显。

关键词：微环谐振器法布里-珀罗腔 Fano共振折射率传感集成光学硅基波导

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

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基于光学微环谐振器的甲醛传感器模拟研究

传感器与微系统 2024年第8期43卷 68-71页

作者：杨国辉安士龙高劭宏黑龙江大学中俄联合研究生学院黑龙江哈尔滨150080 黑龙江大学物理科学与技术学院黑龙江哈尔滨150080

针对在日常生活使用广泛但危害性极大的甲醛溶液,基于光学微环谐振器,设计了一种灵敏度高、动态范围大的折射率传感器,用来检测甲醛溶液浓度。本文利用波导微扰理论,确定了使系统灵敏度最大化的波导核心尺寸,利用有限元进行模拟计算。... 详细信息

针对在日常生活使用广泛但危害性极大的甲醛溶液,基于光学微环谐振器,设计了一种灵敏度高、动态范围大的折射率传感器,用来检测甲醛溶液浓度。本文利用波导微扰理论,确定了使系统灵敏度最大化的波导核心尺寸,利用有限元进行模拟计算。结果发现:利用该传感器如果检测到10^(-5)的相对波长位移,那么就可以检测到10^(-4)的相对折射率变化,并且通过包层去除方法还可进一步提升该传感器的灵敏度,与其他方法相比,这种甲醛溶液探测传感器的灵敏度有了很大程度的提升,对实际甲醛溶液的测量有着实际指导意义。

关键词：微环谐振器折射率传感器甲醛有效折射率

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基于石墨烯的反馈微环谐振器传感特性研究

基于石墨烯的反馈微环谐振器传感特性研究

作者：刘章成河北科技师范学院

学位级别：硕士

微环谐振器因其体积小巧、高品质因子以及结构简易等特点,在传感领域得到了广泛应用。本文首先对现有的微环谐振器结构和材料进行优化并设计出新的微环谐振器结构来提高传感特性。此外,引入新的优化算法以减少手工调整环节,更快速准确... 详细信息

微环谐振器因其体积小巧、高品质因子以及结构简易等特点,在传感领域得到了广泛应用。本文首先对现有的微环谐振器结构和材料进行优化并设计出新的微环谐振器结构来提高传感特性。此外,引入新的优化算法以减少手工调整环节,更快速准确地确定新结构的最优设计参数。本研究的主要工作包括:首先,对微环谐振器的研究背景与现状进行了介绍,接着阐述了本文用到的研究方法,介绍了最常见的全通型和上传下载型微环谐振器的结构模型及其性能指标,为之后的设计与分析工作奠定了基础。其次,提出了基于石墨烯的反馈微环谐振器结构,分析了石墨烯覆盖长短对品质因子Q的影响,选取合适的石墨烯长度并覆盖在硅上,降低了波导的光传播损耗。建立了反馈微环谐振器模型,运用粒子群优化算法优化传输系数,并且分析了相关参数如微环半径、耦合系数等对微环谐振器的影响,选取最优参数,分析了基于石墨烯的反馈微环谐振器的传感特性,为进一步的研究提供了坚实的基础。再次,提出基于石墨烯的双反馈微环谐振器,通过传输矩阵法计算该结构的输出函数,利用COMSOL对新结构进行了仿真并输出了光场图,分析了反馈波长、传输系数、损耗因子对器件性能的影响,并通过选取适当长度的反馈波导实现了FSR的加倍,计算了双反馈微环谐振器的传感特性。最后,在双反馈微环谐振器的基础上进一步设计了基于石墨烯的三反馈微环谐振器,建立了该结构的数学模型,通过传输矩阵法利用MATLAB计算光强公式,利用COMSOL软件模拟了三反馈微环谐振器的输出光场,分析各参数对器件性能的影响,选取精确后的最优参数,得到了理想输出光谱图。该结构的传感特性,计算结果表明,三反馈微环谐振器比单反馈和双反馈微环谐振器具有更优的探测性能。

关键词：石墨烯反馈波导传输矩阵法粒子群算法微环谐振器

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基于级联跑道型微环谐振器的传感特性研究

基于级联跑道型微环谐振器的传感特性研究

作者：秦智康河北科技师范学院

学位级别：硕士

近年来,光学微环谐振器因其制作简单、高品质因数、微小尺寸等特点,被广泛应用到传感领域。为了进一步提升微环谐振器在传感应用中的性能,本文从设计新型微环谐振器结构和优化现有微环结构两个方面展开探讨。借助优化方法,旨在简化设计... 详细信息

近年来,光学微环谐振器因其制作简单、高品质因数、微小尺寸等特点,被广泛应用到传感领域。为了进一步提升微环谐振器在传感应用中的性能,本文从设计新型微环谐振器结构和优化现有微环结构两个方面展开探讨。借助优化方法,旨在简化设计流程、提高设计效率,从而获得性能更优异的微环谐振器,主要内容如下:首先,介绍了微环谐振器的研究背景与现状,阐述了光波导理论、微环谐振器的模型、研究方法及其性能评估标准,为之后的设计提供了坚实的基础。其次,基于微环谐振器的基本理论,本文设计了一款新型的基于狭缝波导的微环谐振器模型。利用模拟软件对谐振器的传感特性进行了仿真,并研究了光波在微环结构内的传输特性。此外,通过对微环的耦合系数、微环半径及传输损耗的分析,优化了谐振器的传感性能,并对该微环的性能进行了计算和评估。再次,将狭缝波导的优势与串联双微环结构相结合,提出了基于跑道型狭缝波导的串联微环谐振器模型,在实验中,通过在狭缝内投入不同介质,可以调节折射率,从而改变输出光谱的光信号强度。分析了双微环的耦合系数和传输损耗,优化了结构设计,与传统单微环结构相比,提高了自由光谱范围。最后,提出基于混合等离子体波导的串联微环谐振器,建立数学模型,利用NSGA-II算法对关键结构参数进行了优化,使用MATLAB软件对优化后的耦合系数进行了仿真。通过详尽的模拟比较,分析了传输损耗以及耦合系数对微环性能的影响,最终筛选出一组实现微环最佳性能的参数配置,显著增大了微环的自由光谱范围和灵敏度。此外,该研究为开发创新型传感器技术和相关理论框架提供了指导和参考价值。

关键词：微环谐振器狭缝波导优化算法折射率

非对称法布里-珀罗腔槽型微环谐振器及其传感特性（英文）

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2024年第3期 292-301页

作者：曹倩倩刘春娟吴小所孙晓丽兰州交通大学电子与信息工程学院

为实现高品质因子和高灵敏度的折射率传感器，提出了一种基于非对称法布里-珀罗（Fabry-Perot, FP）腔的槽型微环谐振器（Micro-ring resonator, MRR）。该结构中，一对椭圆形孔构成的法布里-珀罗腔与微环谐振器形成两种不同的光模式，... 详细信息

为实现高品质因子和高灵敏度的折射率传感器，提出了一种基于非对称法布里-珀罗（Fabry-Perot, FP）腔的槽型微环谐振器（Micro-ring resonator, MRR）。该结构中，一对椭圆形孔构成的法布里-珀罗腔与微环谐振器形成两种不同的光模式，因破坏性干涉而形成Fano线型，由此获得了较高品质因子和消光比，提高了系统灵敏度。利用传输矩阵法分析该结构的传输原理，利用时域有限差分法仿真该结构的透射谱图及模场分布，并对器件中影响Fano线型的关键结构参数进行了优化。结果表明，该器件的品质因子可达22 037.1，消光比为23.9 dB。采用折射率传感特性分析，得到该结构的灵敏度为354 nm·RIU-1，灵敏度的检测极限为2×10-4RIU。因此，所提出的非对称法布里-珀罗腔槽型微环谐振器结构紧凑、性能优良，在传感应用方面优势较为明显。

关键词：微环谐振器法布里-珀罗腔 Fano共振折射率传感集成光学硅基波导

微环谐振器中各参数对光速控制输出脉冲畸变的影响仿真分析

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红外与激光工程 2019年第9期48卷 158-163页

作者：刘鑫孔梅徐亚萌王雪萍长春理工大学理学院

利用微环谐振器进行光速控制时,各参数对光脉冲传输的影响是不可忽略的,它除了导致光脉冲展宽,还引起脉冲的畸变。基于微环谐振器的传输特性,推导了单环谐振器的二阶色散和三阶色散表达式,针对无损耗/增益情形,分析了利用微环谐振器进... 详细信息

利用微环谐振器进行光速控制时,各参数对光脉冲传输的影响是不可忽略的,它除了导致光脉冲展宽,还引起脉冲的畸变。基于微环谐振器的传输特性,推导了单环谐振器的二阶色散和三阶色散表达式,针对无损耗/增益情形,分析了利用微环谐振器进行光速控制时,高阶色散和输入脉冲中心波长对输出脉冲畸变的影响,分析了损耗/增益对单环谐振器输出脉冲畸变的影响。结果表明,二阶色散导致脉冲展宽,三阶色散导致脉冲畸变,输入脉冲中心波长位置影响脉冲分裂谷底的深浅,而损耗和增益影响脉冲畸变情况。为利用微环谐振器实现光速控制的应用提供了设计优化依据。

关键词：集成光学微环谐振器色散光速控制脉冲畸变