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文档简介
第8章
光学微腔:
结构设计与应用集成光电子器件及设计2Microring
resonators:
structures
&
designs
Structure
Coupling
region
Directional
coupler:
straight
&
bent
DC
Vertical
coupler
MMI
coupler
MZI
coupler
MRR
coupler
Bending
section:
corner
bending
&
arc
bending
Cascaded
structures
Performances
High
Q‐factor
Large
FSR
(ultra‐small
bending
radius)
Large
tunable
wavelength
range
Suspended
cavityStructure
2x2
coupler
+
feedback:
2x2
coupler:
Directional
coupler
MMI
coupler
MZI
couplerFeedback
MRR
coupler
Arc
bending
Race‐track
Corner
bending
34With
directional
couplersEnhance
the
coupling
ratio.
5With
directional
couplersThe
small
gap
is
not
easy
to
fabricate.6With
directional
couplersEnhance
the
coupling
ratio.
7From
JJ
Hu
(MIT).
With
bent
directional
couplers
Compact
footprint
Low
loss:
w/o
transition
loss8With
vertical
couplerEasy
control
for
the
coupling
ratio;
Avoid
any
crossing
for
a
microring
array;
But
need
more
fabrication
processes;
9With
MMI
couplers2x2
MMI
couplers:Easy
fabrication.150μm10InputdropThroughaddWith
MMI
couplersTapered
MMI
couplers:
Easy
fabrication.
OUT#1
OUT#2
IN#1
Tapered
MMI
IN#2Output
Power(dBm)Output
Power(dBm)Normalization
PowerNormalization
PowerOutput
Power(dBm)Output
Power(dBm)-40110.60.40.20.00.81.0012345Angle
(°)Port
#2_1530nmPort
#1_1530nmPort
#2_1535nmPort
#1_1535nm0.60.40.20.00.81.003451530nm1535nmWith
MMI
couplers
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35153015311532153315341535Wavelength
(nm)Angled
MMI
couplers:Varying
the
coupling
ratio
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40153015311532153315341535Wavelength
(nm)1
2
Angle
(°)
-45-15-20-25-30-35153015311532153315341535Wavelength
(nm)-27.5-32.5
-7.5-12.5-17.5-22.51530
1531
1532
1533
1534
1535Wavelength
(nm)feedbackline12With
MZI
couplersMZI
couplers:Large
quasi‐FSRwDCwco11’22’LTPLTPLDCG
3’
3R~2μm
4’
42μm(a)Transmission
(dB)
0
-5-10-15-20-25-30152015401600162013
1560
1580Wavelength
(nm)(c)Coupling
Coefficient
k
Tthru
(dB)
Tdrop
(a.u.)
1.4951.49514With
MRR
couplers1.51.551.61.65
10.51.5
01.45
11.51.65
01.45
10.51.51.505
10.5
01.5
1.505
1.550.5
01
1.55
1.6Wavelength
λ
(nm)A
C
k(0)12'k(0)120.5
B
0
1.45@Thru
port
1.6
1.65@Drop
port
Coupler
#1
Coupler
#0
2
1
1′
121′2′R1R2Thru
DropInput
Ring
#1
2′
Ring
#215With
corner
bending16
With
micro‐diskHow
to
remove
the
multimode
effect?
Coupling
region
Lateral
coupling
(straight
&
bent
DC)
Vertical
couplingBending
section:
arc
bendingRemove
the
multimode
Whisper
gallery
modePhase‐matching
condition17Q‐value/alphaXC9/Research/SubwavelengthMicrodisks.html18环形谐振器的级联形式19More
forms
for
ring‐resonators20Synthesize
the
spectral
responses21Applications
of
micro‐cavities.
Optical
filters;
Optical
Switch;
Optical
modulators;
Laser;
Nonlinear
optics;
Optical
sensors;
22Applications
of
ring‐resonators:
optical
modulatorLipson’s
group
at
Cornell
Univ.
Nature
Photonics
4,
518
‐
526
(2010)
Optical
switch
23Prog.
Phys.
75
046402,
2012
24Enhanced
optical
force
in
a
resonatorThe
nanoscale
resonators
developed
at
Cornell
can
exert
relatively
strong
forces
on
tiny
particles,
leading
the
way
to
important
advancements
in
MEMS
and
MOMS
systems.
/nanoscale‐light‐resonator/13401/25Raman
laser
(silicon)Intel:
Nature
Photonics
1,
232
‐
237
(2007)
26Silicon
hybrid
laser
based
on
ringsBowers
group
at
UC
Santa
Barbara;Roel
Beats
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