在现代光通信网络中,高效、灵活地管理日益增长的数据流量是核心挑战。作为波分复用(WDM)系统中的关键节点设备,光分插复用器(OADM)发挥着不可或缺的作用。它允许在中间站节点直接上下(Add/Drop)特定波长的光信号,而无需将所有信号进行光电转换,极大地提升了网络效率和灵活性。因此,深入剖析光分插复用器的优缺点,对于网络规划工程师、系统集成商乃至配电系统设
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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
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
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。
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光电信息科学与工程实验方案
{"实验设计与方法选择": "本研究设计并制备了全悬浮InGaAs波导器件,采用多孔光子晶体波导(HPCW)和亚波长光栅包层波导(SWW)实现λ=6.15μm的中红外传感。研究方法包括模式分布与光子能带结构模拟、悬浮InGaAs HPCW和SWW的制备,以及测量与仪器配置。", "样品选择与数据来源": "样品基于InGaAs-InP平台制备,该平台在整个分子指纹区(λ=3-15μm)具有透明性且兼容QCL/QCDs的单片外延生长。", "实验设备与材料清单": "制备流程包含InP衬底晶圆上的InP/InGaAs/InP/InGaAs层外延生长、AZ 5214-E光刻胶接触式光刻、Jeol FSE 6000电子束光刻、反应离子刻蚀及感应耦合等离子体刻蚀。测量系统由单模连续波分布反馈量子级联激光器、黑钻石-2透镜、线栅偏振器、半波片、斩波轮、锁相放大器、多模As2Se3光纤及液氮冷却HgCdTe探测器组成。", "实验流程与操作步骤": "制备过程包括定义悬浮区域、刻蚀顶层、沉积金对准标记、沉积SiO2硬掩模层、电子束光刻图案化波导、刻蚀SiO2与III-V族材料层、去除残余光刻胶与氧化层,以及实现HPCW和SWW结构悬浮。测量采用端面耦合装置,通过管道直接向芯片表面输送氨气。", "数据分析方法": "通过测量有无氨气流时的输出功率随时间变化,评估HPCW与SWW的氨气传感性能,并采用截断法测量传输损耗。"}
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