1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100083
设计并制作了硅基二氧化硅波导阵列相控芯片, 该芯片由分束单元、相位调制单元、输出波导阵列三部分构成, 分束单元采用三级1×2的光分束器级联而成, 相位调制单元采用热光调制方式, 输出部分包含8根密集阵列波导.8根波导输出的光在远场发生干涉, 形成扫描光束, 加电后通过二氧化硅热光效应, 折射率变化0.027%(0.000 4)时, 扫描光束偏转5.5°.该波导相控阵列采用2.0%超高折射率差的硅基二氧化硅波导为材料, 经等离子体增强化学气相沉积法进行材料生长及退火, 再经电感耦合等离子体干法刻蚀技术进行刻蚀, 最后切割抛光制作而成.测试结果表明, 静态下该芯片8条输出阵列波导形成清晰干涉光斑, 在电压达到130 V时, 热调制相位后, 光斑移动5.5°.
光子器件 光学相控阵 硅基二氧化硅 热光调制 不等间距波导 Photonic devices Optical phased array Silica on silicon Thermo-optic modulation Unequal spacing waveguide
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Both the 4×20 GHz coarse wavelength division multiplexing and LAN-WDM receiver optical sub-assemblies (ROSAs) were developed. The ROSA package was hybrid integrated with a planar lightwave circuit arrayed waveguide grating (AWG) with 2% refractive index difference and a four-channel top-illuminated positive-intrinsic-negative photodetector (PD) array. The output waveguides of the AWG were designed in a multimode structure to provide flat-top optical spectra, and their end facet was angle-polished to form a total internal reflection interface to realize vertical coupling with a PD array. The maximum responsivity of ROSA was about 0.4 A/W, and its 3 dB bandwidth of frequency response was up to 20 GHz for each transmission lane. The hybrid integrated ROSA would be a cost-effective and easy-assembling solution for 100 GbE data center interconnections.
060.4230 Multiplexing 230.7370 Waveguides Chinese Optics Letters
2018, 16(6): 060603
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
设计并制作了一款应用于IEEE 200/400 GbE标准802.3 bs的阵列波导光栅.该阵列波导光栅使用2.0%的超高折射率差硅基二氧化硅材料，使得芯片尺寸及损耗较小.为了获得平坦化的接收光谱，将输出波导进行展宽，采用多模波导结构，激发若干个高阶模，数个模式叠加使得原本高斯状的光谱顶部产生平坦化，形成箱形接收光谱.设计的阵列波导光栅的中心波长为1 291.10 nm，通道间隔为800 GHz，芯片尺寸为11 mm×4 mm.经过等离子增强化学气相沉积和感应耦合等离子刻蚀工艺制备了芯片，测试结果表明最小的插入损耗为－3.3 dB，相邻通道间串扰小于－20 dB，单通道1 dB带宽在2.12~3.06 nm范围，实现了良好的解复用和平坦化效果，在实际光通信系统中有一定的实用价值.
阵列波导光栅 波分复用 光子器件 平坦光谱响应 光通信 Arrayed waveguide gratings Wavelength division multiplexing Photonic devices Flat spectral response Optical communication
中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
设计了一种基于绝缘上层硅的硅-有机物材料混合马赫-曾德干涉型高速电光调制器.利用光束传播法对顶层硅为220 nm的绝缘上层硅基片上的3 dB分束器/合束器的结构参数进行模拟,优化后附加损耗仅为0.106 dB.为提高模式转换效率, 在条形波导和slot波导之间设计了模式转换器, 光耦合效率高达98.8%, 实现了光模式高效转化.利用时域有限差分法模拟了slot波导平板区掺杂浓度对波导内光学损耗的影响, 在几乎不产生光学损耗的情况下, 得到平板区轻掺杂浓度为71017/cm3, 调制器设计总损耗为0.493 dB.利用薄膜模式匹配法对slot波导结构进行仿真分析, 考虑slot区等效电容及平板区等效电阻对带宽的影响, 优化后得到slot波导结构的限制因子为0.199.采用slot波导与强非线性有机材料LXM1结合的绝缘上层硅平台实现了强普克尔效应, 得到电光调制器半波电压长度积为1.544 V·mm, 电学响应3 dB带宽为137 GHz.
硅-有机物材料混合 槽式波导 电光调制器 马赫曾德干涉 模式转换器 Silicon-organic hybrid Slot waveguide Electro-optic modulator Mach-Zahnder interference Mode converter
介绍了火星探测的进展及火星相机的科学目标，分析了空间相机及火星相机的特点，展现了课题组经过数年研究在火星相机工程样机的研制过程中取得的成果。研究内容包括：火星表面物质的光谱特性、火星探测光学遥感器的谱段设置、近火弧段星下点光照条件分析、近火点太阳高度角随时间变化规律、火星表面高程的直方图分布特性分析、考虑火星表面高程因素速高比误差造成的像移、火星相机工程样机研制、火星相机工程样机外景成像试验等。总结了过去的工作，为将来进一步研制火星相机打下基础。所研制的火星相机适用于在环火轨道对火星表面的观测成像。
火星探测 火星相机 空间相机 环火轨道 观测成像 Mars exploration Mars camera space camera Mars orbit observation imaging 红外与激光工程
2016, 45(2): 0217007
1 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
2 河南仕佳光子科技有限公司, 河南 鹤壁 458030
分别设计制备了基于石英衬底和硅衬底的16通道200GHz二氧化硅可调复用器/解复用器。该器件由一个16通道200GHz的阵列波导光栅(AWG)和Mach-Zehnder干涉型热光可调光衰减器(VOA)阵列构成。在衰减量达到20dB的时候, 基于石英衬底的器件的外加偏压和功耗分别是11.7V和110mW; 而基于硅衬底的器件的外加偏压和功耗分别是22V和380mW。分析了基于不同衬底的器件性能出现差别的原因, 并设计了新的结构, 提高了器件性能。
可调复用器/解复用器 石英衬底和硅衬底 阵列波导光栅 热光可调光衰减器 VMUX/DEMUX quartz and silicon substrate AWG VOA
提出了一种基于垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的无本振光子微波上变频方案。该方案将相对低速的伪随机基带信号注入VCSEL中，利用注入信号的高次谐波注入锁定VCSEL。被锁定激光器波长与原注入光信号在谐振腔中相干差拍，产生上变频调幅微波信号。实验中利用2.5 Gb/s非归零码强度调制信号注入锁定VCSEL，无需本振，实现了载波频率为14.3 GHz的光子微波上变频，10 kHz偏移处载波相位噪声达-81 dBc/Hz。通过调节注入光信号的波长和功率，进一步实现载波频率在7.5~23 GHz之间的调谐，验证了该方案的可行性，并对系统性能进行了误码分析，系统代价为1.4 dB。结果证明该方案无需微波本振，仅需采用价格低廉的VCSEL即可实现光子微波上变频，从而为无线光混合接入网中光子微波信号产生技术提供了一种低成本的解决思路。
光通信 全光上变频 注入锁定 垂直腔表面发射激光器
提出一种基于反馈光纤环（FFL）的多波长布里渊掺铒光纤激光器（MW-BEFL）。主腔由光环形器构成单通谐振腔，长度为50 m，而FFL选用传统单纵模布里渊光纤激光器的光纤，长度为10 m，以保证每一阶斯托克斯波及反斯托克斯波处于单纵模运行状态，并添加恒温系统消除外界干扰。采用延时干涉法，测得第一阶斯托克斯有45 dB的边模抑制比和3.23 kHz的线宽，通过调节不同的掺铒光纤放大器（EDFA）功率，对比分析了每一阶斯托克斯波和反斯托克斯波的关系。利用级联受激布里渊散射和四波混频效应，最终获得了50 nm(1520~1570 nm)可调范围的间隔为0.084 nm的15个稳定输出的多波长布里渊掺铒光纤激光器。
光纤光学 布里渊掺铒光纤激光器 反馈光纤环 多波长
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 河南仕佳光子科技有限公司, 河南 鹤壁 458030
提出了一种新型结构的阵列波导光栅。在AWG的阵列波导中嵌入多种补偿介质, 补偿二阶或二阶以上温度偏移。首先从理论上推导出器件的工作原理表达式；其次给出了器件结构的设计方案, 阵列波导采用同心圆结构设计, 使得嵌入介质与波导垂直, 有效减小了散射损耗, 并显著提高了芯片的集成度。最后, 对器件性能进行了评估, 引入的附加损耗小于1dB; 理论上实现了零温度偏移。
阵列波导光栅 温度不敏感 折射率温度系数 补偿介质 同心圆结构 arrayed waveguide grating temperature-insensitive thermal refractive index coefficient compensating medium concentric circles structure
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
采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺，研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右，波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明，波导宽度为450 nm时器件性能最为理想，其自由频谱宽度为16.8 nm，1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制，在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性，热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器，实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰，主要是不同信道之间的串扰，尤其在信号上载时，会在相邻信道产生较大串扰.
绝缘硅 微环谐振 热光效应 滤波器 串扰 Silicon On Insulator(SOI) Microring resonator Thermo-optic effect Filters Crosstalk
