1 郑州大学郑州 450001
2 中国科学院高能物理研究所北京 100049
3 散裂中子源科学中心东莞 523803
微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于6LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。
闪烁体探测器 硅光电倍增管 波移光纤 位置分辨 探测效率 Neutron scintillator detector Silicon photomultiplier Wavelength shift fiber Position resolution Detection efficiency
1 江西师范大学江西省光电子与通信重点实验室，江西 南昌 330022
2 上海交通大学平湖智能光电研究院，浙江 平湖314200
设计并制备了一种基于树形结构的1×8硅基热光开关，该热光开关由1个2×2和6个1×2马赫-曾德尔干涉仪的基本单元结构组成。该1×8硅基热光开关采用与互补金属氧化物半导体兼容的工艺制造。通过氮化钛加热器来改变波导的温度，利用硅的热光效应实现光开关功能。实验结果表明：在1550 nm工作波长下，该热光开关的平均片上插入损耗约为1.1 dB；所有输出端口的串扰都小于-23.6 dB；开关响应时间小于60 μs。
集成光学 硅基开关 马赫-曾德尔干涉仪 热光开关
重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
提出一种基于绝缘体上硅的具有超高形状因子的光学平顶滤波器方案。该方案采用跑道型微环谐振器（RMRR）辅助非对称马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构，可实现的3 dB带宽为1.94 nm，相应的形状因子1（3 dB带宽与通带内功率下降10 dB时的通带宽度之比）和形状因子2（3 dB带宽与通带内功率下降15 dB时的通带宽度之比）分别为0.96和0.94，纹波因数（通带中最大功率与最小功率的比值）为2.40 dB。此外，分析了由RMRR引入的相移对该平顶滤波器性能的影响，并实验验证了通过调节施加在RMRR上的电压可以有效地调控其输出谱。该方案具有形状因子高、工艺复杂度低、体积小、质量轻、功耗低等优点，可广泛应用于高速光通信网络中。
光学器件 平顶滤波器 集成光学 跑道型微环谐振器 硅光子学
西安应用光学研究所光学薄膜技术研究室，陕西 西安 710065
超构表面（metasurfaces）是一种新型的人工二维平面阵列结构，通过合理设计亚波长纳米结构单元及排布可以实现对空间光场的调控，有望从原理层面上颠覆传统的透镜元件。然而，目前透射型超构表面普遍存在光学效率低的问题，制约着其应用和发展。首次提出了光学薄膜结合超构表面提高光能利用率的设想，期望超构表面结合光学薄膜的结构在不影响超构表面光学特性的基础上，可以显著地提高其光学效率。为了验证这一策略的有效性，仿真模拟了石英基底近红外宽波段的硅纳米块超构表面透镜，并与设计有光学薄膜的超构表面进行了对比。模拟结果表明：光学薄膜对超构表面的聚焦性能没有影响，但可以显著提高超构表面的光学透过率；在1450~1600 nm波段，平均透过率提高了10.5%以上，聚焦效率平均提高了8.3%以上。所提方法为超构表面器件设计带来了新的思路。
超构表面 光学薄膜 硅纳米块 透过率 光学学报
2024, 44(10): 1026032
强激光与粒子束
2024, 36(1): 013008
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电子功能材料重点实验室，半导体激光海南省国际联合研究中心，海南 海口 571158
2 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院，新加坡 639798
3 新加坡南洋理工大学淡马锡实验室，新加坡 637553
4 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
5 长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台，对2 μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐，对单个微加热器施加3.2 V电压时，调谐范围可达66 nm（1967~2033 nm）。
硅光集成 可调谐外腔半导体激光器 环形谐振腔 光波导终端
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为了研究部分刻蚀光栅对波导光栅衍射光束的影响，提高集成光子学设计自由度，通过有限时域差分法仿真分析了分别在光栅边缘或中间进行波导部分刻蚀后的不同结构的性质，输入光波长为1 400～1 700 nm，覆盖1 550 nm通信波长，仿真结果表明：边缘刻蚀方法具有更高的辐射率、更低的反射率，并且可以控制辐射光场的强度分布；中间刻蚀方法波导中的反射能量更强且线宽更窄。2种刻蚀方法下，光栅尺寸越大则辐射率越高；当光栅尺寸固定，波导宽度越大则边缘刻蚀的辐射率越低。波导光栅的部分刻蚀方法可以用于集成光路的设计优化。
绝缘体上硅 光栅 波导 集成光学 silicon-on-insulators grating waveguide integrated optics
1 北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控，实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE（Lugiato Lefever equation）方程进行光频率梳产生仿真，分析改变泵浦失谐时光频率梳产生的时域和频域演化过程。同时，探究各项参数对光频率梳产生的影响，包括泵浦功率、双频激光功率占比、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光频率间隔。仿真实现的光频率梳带宽可覆盖1520 nm到1580 nm。
非线性光学 光频率梳 富硅氮化硅 色散调控 微腔
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan 430074, China
In recent years, optical phased arrays (OPAs) have attracted great interest for their potential applications in light detection and ranging (LiDAR), free-space optical communications (FSOs), holography, and so on. Photonic integrated circuits (PICs) provide solutions for further reducing the size, weight, power, and cost of OPAs. In this paper, we review the recent development of photonic integrated OPAs. We summarize the typical architecture of the integrated OPAs and their performance. We analyze the key components of OPAs and evaluate the figure of merit for OPAs. Various applications in LiDAR, FSO, imaging, biomedical sensing, and specialized beam generation are introduced.
optical phased arrays LiDAR silicon photonics beam steering photonic integration Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020041
Author Affiliations
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
