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Abstract
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
On-chip stimulated Brillouin scattering (SBS) has attracted extensive attention by introducing acousto-optic coupling interactions in all-optical signal processing systems. A series of chip-level applications such as Brillouin lasers, amplifiers, gyroscopes, filters, and nonreciprocal devices are realized based on Brillouin acousto-optic interaction. Here, we first introduce the fundamental principle of SBS in integrated photonics and a method for calculating Brillouin gain; then we illustrate the Brillouin effect on different material platforms with diverse applications. Finally, we make a concise conclusion and offer prospects on the future developments of on-chip SBS.
stimulated Brillouin scattering integrated photonics silicon-on-insulator Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020031
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
为了研究和论证锗硅材料体系在器件的工艺制备和理论性能上的优势, 拓展锗硅量子阱结构的应用范围, 采用数值仿真结合实际器件制备的方法, 进行了理论分析和实验验证, 设计了一种基于Ge/SiGe非对称耦合量子阱材料的光学相位调制器, 并在实验测试中验证了该理论的正确性。结果表明, 当电场超过40 kV/cm时, 该材料在1450 nm波长处可以达到最高0.01的电致折射率变化; 经测试发现, 实际制备的器件在1.5 V的反向偏置电压下,实现了1530 nm波长处2.4×10-3的电致折射率变化, 对应的VπLπ=0.048 V·cm, 在同类型锗硅光调制器中达到了先进水平。该研究为硅基集成光调制器的进一步发展开辟了新的方向。
集成光学 锗硅调制器 非对称耦合量子阱 相位调制 integrated optics Ge/SiGe modulator asymmetric coupled quantum well phase modulation
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
为实现单模光纤与锗硅材料器件的垂直耦合并提高耦合效率，设计了一种锗硅光栅耦合器。通过在硅衬底上增加金属反射层来提高光栅的耦合效率，并利用时域有限差分法仿真软件对锗硅光栅的刻蚀深度、刻蚀槽宽和光栅周期等结构进行了优化。然后，分析了有无金属反射层时的功率和电场分布情况，计算了光栅耦合效率。仿真结果表明，在最佳工作波长1466 nm处，有金属反射层均匀光栅得到的光栅最大耦合效率为-1.34 dB，相比无金属反射层光栅，最大耦合效率提高了9.4 dB，并且光在波导中的定向性得到了明显的改善。另外，为进一步提高耦合效率，在均匀光栅的基础上仿真设计了两步变迹光栅，相比均匀光栅最大耦合效率提高了0.55 dB。同时，对耦合光栅中的金属层厚度、锗硅材料折射率和光栅尺寸三个方面行了工艺容差分析，结果表明，所设计的耦合光栅对工艺偏差具有较高的容忍度。最后，制作了锗硅耦合光栅器件，测试结果表明，在工作波长1465 nm处，获得了-2.7 dB的最大耦合效率。
集成光学 锗硅材料 垂直耦合 光栅耦合器 金属反射层 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1913002
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
硅基光子集成技术在众多领域已经取得了重大突破，但目前唯一能实现全部硅基集成有源器件且与互补金属氧化物半导体工艺兼容的材料是锗硅材料体系。Ge/SiGe多量子阱作为硅基光调制器在硅芯片上能实现短距离光互连，基于量子限制斯塔克效应的Ge/SiGe多量子阱调制器具有低功耗、低偏压、高速率的优点。总结了基于Ge/SiGe多量子阱调制器的研究现状和进展，讨论对比了Ge/SiGe多量子阱调制器的消光比、光损耗、偏置电压、电场、光调制器的调制带宽、暗电流等性能参数，展望了Ge/SiGe多量子阱调制器在集成光子学中的发展方向和面临的挑战。
光学器件 硅基光子学 SiGe调制器 Ge/SiGe多量子阱 量子限制斯塔克效应 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900003
华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
布里渊光时域反射(BOTDR)技术作为温度和应变测量的分布式光纤传感技术,具有广阔的前景和巨大的应用潜力。与基于其他原理的传感技术相比,BOTDR拥有准确性高、容易铺设、动态范围大、测量范围广等优点。基于BOTDR的原理,阐述了BOTDR的主要性能指标,并回顾了几十年间BOTDR传感的发展历程及其关键技术的进展。内容涉及了空间分辨率的提高、测量距离的拓宽、测量精度的提高、测量时间的缩短,以及温度和应变交叉敏感问题的解决几个方面。从基础设施结构安全监控和地质灾害预警两个方面介绍了BOTDR应用研究的实例,并讨论了其特点。典型的BOTDR已经较为成熟,未来将沿改善软件层、研究现场工程应用和多平台结合的方向发展。
传感器 布里渊散射 反射仪 温度 应变 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 210002
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2019, 12(3): 276–285
1 Wuhan Foreign Languages School, Wuhan 430022, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, School of Optoelectronic Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
3 Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China
Frontiers of Optoelectronics
2012, 5(4): 414
华中科技大学光电子科学与工程学院， 武汉光电国家实验室， 湖北 武汉 430074
掺镁铌酸锂晶体(MgLiNbO3)是一种相对难刻蚀的晶体，MgLiNbO3的干法刻蚀速率和刻蚀形貌控制是铌酸锂光电子器件加工中的关键技术之一。采用牛津仪器公司的Plasmalab System 100以SF6/Ar为刻蚀气体，具体研究MgLiNbO3的刻蚀速率随着感应耦合等离子体(ICP)功率、反应离子刻蚀(RIE)功率、气室压强和气体流量配比等刻蚀参数的变化，同时研究发现SF6/(Ar+SF6)气体流量配比还会影响刻蚀表面的粗糙度。实验结果表明：在ICP功率为1000 W，RIE功率为150 W，标准状态(0 ℃，1个标准大气压)下气体总流量为52 mL/min，压强为0.532 Pa，SF6/(Ar+SF6)气体体积分数为0.077的条件下，刻蚀速率可达到152 nm/min，刻蚀表面粗糙度为1.37 nm，可获得刻蚀深度为2.5 μm，侧壁角度为74.8°的表面平整脊形MgLiNbO3结构。
集成光学 光学器件 掺镁铌酸锂 微结构加工 感应耦合等离子体干法刻蚀 刻蚀速率
1 华中科技大学 光电子科学与工程学院, 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
2 宁波大学 信息科学与工程学院, 宁波 315211
设计了一种新颖的快速可调谐激光器。这种激光器在恒定电流泵浦的有源微环组成的半导体环形激光器腔外部集成一个可调谐的无源微环反射器，其结构将决定激光器激射腔模的有源腔和无源可调谐部分分离，有助于提高调谐速度。与光栅结构的激光器相比，该激光器结构简单，具有强烈的选模功能，不需要相位匹配部分，输出波长不受调谐部分热效应的影响。基于多模速率方程建立了激光器的理论和数值模型，数值仿真结果表明该激光器能在选取的15个腔模范围内完成数字调谐，且具有40 mA的较低阈值电流和适中的边模抑制比。
微环 半导体环形激光器 多模速率方程 可调谐激光器 microring semiconductor ring laser (SRL) multimode rate equation tunable laser
1 Wuhan Foreign Languages School, Wuhan 430022, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, College of Optoelectronics Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2011, 4(4): 448
