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InGaAs膜波导：单片集成中红外光学气体传感器的有前景平台
摘要： 基于集成光子电路的中红外（mid-IR）吸收光谱技术在痕量气体传感领域展现出巨大潜力，其中中红外辐射直接与目标分析物相互作用。本文针对集成量子级联激光器（QCL）和量子级联探测器（QCD）的单片集成电路，选用InGaAs-InP平台制备无源波导气体传感器件。我们在低折射率对比的InGaAs-InP平台上，为λ=6.15μm的中红外传感设计并制备了具有多孔光子晶体波导（HPCW）和亚波长光栅包层波导（SWW）的全悬浮InGaAs波导器件。实验采用1毫米长悬浮HPCW和3毫米长悬浮SWW分别检测到5 ppm氨气，其传输损耗分别为39.1 dB/cm和4.1 dB/cm。基于比尔-朗伯红外吸收定律及分立元件实验结果，我们估算QCL/QCD集成SWW传感器的最小可检测气体浓度为84 ppb。据我们所知，这是首次在InGaAs-InP平台上实现该长波长下具有气体传感结果的悬浮InGaAs膜波导。该结果同时凸显了SWW相比HPCW的优势：凭借低传输损耗和TM模式兼容性，既能降低总传输损耗，又能缩减全集成器件的尺寸。本研究为具有TM偏振特性的量子级联器件与无源波导传感器件的单片集成奠定了基础，可实现芯片级中红外吸收光谱检测。
关键词： 亚波长波导、气体传感、吸收光谱、光子晶体波导、中红外、光子集成电路、量子级联器件、十亿分之一
更新于2025-09-19 17:13:59
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厘米级类光子晶体亚波长波导平台，具有高集成密度
摘要： 本文采用时域有限差分法研发并分析了一种厘米级类光子晶体亚波长波导平台。该结构可视为结合了金属-介质-金属波导与光子晶体波导优势的混合波导。系统研究了金属侧壁的对称高反射效应以及光子晶体结构对波导导光机制和集成特性的影响。结果表明，该厘米级类光子晶体波导平台可实现亚波长限制、极低传输损耗（隔离度超过30 dB），在大规模光子集成领域具有应用前景。研究优化了集成密度与传输损耗之间的平衡关系。此外，基于该波导平台提出了一种T型功分器，其额外损耗低于0.4 dB。未来工作可在该厘米级类光子晶体亚波长波导平台上开发一系列无源器件，构建大规模集成光子系统。
关键词： 集成光学、光子晶体、波导分束器、亚波长波导
更新于2025-09-19 17:13:59
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[IEEE 2019年第44届国际红外、毫米波及太赫兹波会议(IRMMW-THz) - 法国巴黎 (2019.9.1-2019.9.6)] 2019年第44届国际红外、毫米波及太赫兹波会议(IRMMW-THz) - 基于介质亚波长波导的太赫兹保偏光栅
摘要： 在太赫兹（THz）通信系统中，光栅是用于过滤特定频率THz波的关键组件之一?；诮橹示匦窝遣ǔげǖ?，我们提出了一种能过滤两种正交偏振态的THz光栅结构。数值模拟表明，该滤波器具有两个通带，其消光比超过20.9 dB，半高全宽带宽约为21.1 GHz。此外，通过引入π相移，该光栅可作为消光比超过12.3 dB、半高全宽带宽小于1.7 GHz的保偏窄带通滤波器运行。
关键词： 滤波器、保偏、光栅、太赫兹、亚波长波导
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 利用亚微米铌酸锂平板波导产生宽带太赫兹切伦科夫辐射
摘要： 太赫兹（THz）辐射在安全、医疗、通信及消费应用领域具有关键作用。由于铌酸锂（LiNbO3）在此波段具有高非线性系数（d33=180 pm/V [1]），常被用于太赫兹产生。通过将该材料集成于波导结构[2,3]，其产生效率获得显著提升——波导能使泵浦脉冲在毫米级甚至更长距离内保持约束状态。现有太赫兹产生研究采用的波导横向芯层尺寸均大于数微米，但当波导芯层相对于泵浦波长及产生的太赫兹波长均为亚波长时，会产生另一优势：大幅拓宽太赫兹带宽。 本研究报道了一种亚波长SiO2-LiNbO3-SiO2平板波导，能产生宽带太赫兹辐射并以切伦科夫波形式发射。所研究的LiNbO3平板波导横向芯层尺寸为720 nm×4 mm，长度100 μm，采用脉宽50 fs、中心波长780 nm的电场脉冲激发。图1(a)显示产生的太赫兹电场脉冲持续时间<1 ps；图1(b)功率谱显示其中心频率6.9 THz，半高全宽带宽2.1 THz。值得注意的是，LiNbO3在7.6 THz处存在强声子共振[4]，但由于太赫兹辐射以切伦科夫波形式发射，在传播远小于波长的距离后即可脱离亚波长LiNbO3芯层，这一特性显著降低了强声子共振的高损耗，使得辐射可直接在该声子共振频率产生。因此，LiNbO3芯层的亚波长特性大幅提升了太赫兹辐射带宽。图1数据通过时域有限差分模拟获得，其实验验证工作正在进行——实验中将采用长度1 cm的LiNbO3平板波导及最高200 nJ能量的激发脉冲。
关键词： 宽带太赫兹产生、太赫兹辐射、铌酸锂、切伦科夫波、亚波长波导
更新于2025-09-12 10:27:22