科研进展简报

片上宽带可调延时线研究进展

来源:武汉光电国家研究中心    作者:光电子器件与集成功能实验室    发布时间:2018年09月05日

       随着通信行业的飞速发展,通信需求也在不断提高,光学延时线在光通信和雷达应用中都占据着十分重要的地位。在光通信和光子信息处理系统中,光学延时线用于信道间精确同步,光信息缓存以及时分复用系统;在微波光子系统中,其最引人注目的应用是光控相控阵雷达,通过光学真延时,克服传统电子相移器的带宽限制,实现波束成形和雷达角度大范围扫描。

       硅基光子学是本世纪初发展起来的一项新技术,而近几年,集成器件特别是针对硅基集成器件的研究已成为一个热点,也涌现出一批基于硅基集成平台实现光学延时线的方案,主要可分为两类。最直观简单的一类方案是改变光信号传输的物理长度,通过级联光开关与不同长度的光路径获得可调谐的延时,这种方案的缺点是尺寸太大,延时调谐比较复杂。另一类方案是借助谐振增强型器件,例如微环,光子晶体和布拉格光栅,利用其色散特性,在较小尺寸下实现延时可调。相比微环与光子晶体而言,啁啾布拉格光栅具有大带宽,低传输损耗的优点,因此备受关注。

       近年来,武汉国家光电研究中心张新亮课题组在片上集成的光学可调延时线领域取得了重要研究进展。他们基于250nm厚度的基平台,构造了光栅辅助型反向耦合器【如图所示】,对光栅延时器件的综合性能做了全面的研究,包括参数渐变,光栅切趾分析以及加热电极的优化设计,有效抑制了光谱和延时线的波动,显著增强了确定电压下的热光效应。另外,首次将光栅延时器件与超紧凑型反射镜结合起来,在相同器件尺寸下实现延时量翻倍和超大色散值,该工作为片上可调延时器件和大色散器件的设计制作提供了技术参考和新的思路。

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图     集成光栅辅助型反向耦合器芯片示意图

       该延时器件由两根不同宽度的锥形波导组成,光栅刻在宽波导内壁,通过光栅参数设计,实现较宽波段内不同波长在不同波导位置的反向耦合,形成线性光学延时线;进一步,在硅波导上方设计加热电极,改变波导折射率,控制光谱和延时线漂移。不同波长下工作时,该芯片最终实现了12nm带宽内50ps的可调延时量。另外,与反射镜结合的新型延时器件,在6mm长度下可以实现400ps的延时以及5.5 ´ 106 ps/nm/km的超大色散。

       2018年9月,题为“Tunable optical delay line based on integrated grating-assisted contradirectional couplers”的研究成果发表在Photonics Research期刊上,博士生王旭为论文第一作者,董建绩教授为通信作者,该工作得到了国家自然科学基金委和中央高校基本科研基金项目资助。

文章链接:https://www.osapublishing.org/prj/abstract.cfm?uri=prj-6-9-880