摘要：光学神经网络是区别于冯·诺依曼计算架构的一种高性能新型计算范式,具有低延时、低功耗、大带宽以及并行信号处理等优势。片上集成是光学神经网络微型化发展的一种典型方式,近年来片上集成光学神经网络获得了学术界及工业界的广泛关注。对基于不同计算单元结构的片上集成光学神经网络的相关研究工作进行了梳理,并分析了其设计原理、实现方法及系统架构特征。同时结合国内外最新研究进展,进一步分析了片上集成光学神经网络在计算单元大规模拓展、可重构、非线性运算和实用化等方面面临的挑战及其未来发展趋势。

摘要：针对兆伏每米(MV/m)强脉冲电场的测量需求,设计并研制了基于集成光学的共路干涉仪(CPI)小体积宽带脉冲电场传感器。基于电光效应及电光调制原理,建立了传感器的幅度和频率响应传递函数,分析了集成光学探头的接收特性,并推导了探头灵敏度和带宽随波导长度的关系。设计了适用于MV/m量级脉冲电场测量的纯光学非金属CPI传感器,提出了利用晶体宽度对测量灵敏度调控的方法,使得设计的半波电场提高了2倍以上。研制的无源探头体积小于20 mm×10 mm×5 mm、理论带宽大于4 GHz、最大测量幅度大于1.2 MV/m。研制的传感器在高空电磁脉冲(HEMP)、雷电电磁脉冲(LEMP)及脉冲功率等领域具有应用前景。

摘要：硅基光子集成谐振腔作为光学敏感单元对芯片级光学陀螺的性能起着至关重要的作用。以互易敏感增强型双微环架构的光子集成陀螺谐振腔为研究对象,通过时域有限差分法仿真分析了双微环谐振腔的关键结构参数,并通过搭建仿真链路研究了微环谐振腔的品质因子、精细度与耦合系数、传输损耗的内在关系。在此基础上,选取典型结构参数设计版图,基于无源硅基光子集成工艺的多项目晶圆流片制备了双微环谐振腔器件。测试结果表明,当微环半径为500μm、波导与微环的耦合系数为0.3时,在工作波长1550 nm附近微环的自由光谱范围为0.182 nm,3 dB带宽为0.045 nm,精细度为4.04,品质因子约为3.4×10^(4)。本研究结果为双微环谐振腔的进一步优化设计提供了依据。

摘要：提出一种基于400 nm氮化硅平台的掺铒光波导放大器(EDWA)波导宽度的精确设计模型。首先,采用半矢量有限差分法获取波导的截止条件与信号光单模条件,确定波导宽度的设计范围。其次,考虑光纤-波导的耦合过程以及泵浦光经过端面耦合器时会对不同模式产生不同的激发效应,仿真设计一种针对980 nm泵浦光的双层端面耦合器,分析不同波导宽度对应的功率分配系数,从而精确建模泵浦光模场。最后,考虑1550 nm信号光与980 nm泵浦光的相互作用,优化EDWA的速率-传输方程,系统地分析不同波导宽度与长度对EDWA增益的影响,并对比分析未考虑信号光与泵浦光相互作用的增益性能,确定增益效果最好的波导宽度与长度。结果表明:信号光与泵浦光的相互作用是影响增益效果的重要因素,同时也为高增益系数的EDWA器件精确设计奠定基础。

摘要：在微腔耦合波导上设计空气孔阵列,结合深度学习调控微腔的法诺线型,实现对微腔传感性能的优化。建立了正向预测网络模型,在24 ms内实现从空气孔阵列结构到微腔透射谱线的预测。结合卷积神经网络与逆向设计实现了对微腔透射谱线的定向调控,预测了不同指标下空气孔阵列的趋势,验证了空气孔阵列结构与微腔透射特性的关系。

摘要：为提升薄膜铌酸锂芯片端面耦合的效率和稳定性,结合铌酸锂材料的刻蚀特点和工艺条件,设计并研究双层多尖端逆锥形的耦合结构。通过仿真计算、参数扫描和对比分析,探究双尖端和三尖端逆锥形耦合结构的特性及其参数选取方案。多尖端设计可扩大端面处的模场,从而降低对加工精度的要求。在侧壁倾角62°和最小宽度150 nm的工艺条件下,理想的双尖端和三尖端结构分别在1550 nm波长处实现0.47 dB和1.04 dB的单端耦合损耗,且具有较大的工作带宽和对准容差。最后,结合多尖端耦合结构的制造和测试结果,分析薄膜铌酸锂芯片上端面耦合结构的优化方案,为进一步实现低损耗耦合结构奠定基础。

摘要：提出一种以相变材料为基础的低损耗可重构无阻塞光交换网络架构。首先,设计基于低吸收损耗相变材料Sb2Se3与马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的2×2全光开关单元,通过光控Sb2Se3相变状态实现开关状态的切换。该单元无需外界持续的偏置电压即可保持开关状态,具有非易失性的特点,此外还能够降低功耗,减少芯片面积。基于此,通过Benes拓扑将2×2光开关与交叉波导级联,构建8×8无阻塞光交换网络。通过调整不同开关单元中Sb2Se3的相变状态,实现8×8光交换网络中任意输入端口至输出端口的可重构光路交换。运用Ansys Lumerical仿真平台对所设计的2×2光开关及交叉波导结构进行仿真与优化,验证所提光交换网络的全连接无阻塞数据交换功能。仿真结果显示,所提2×2光开关的插入损耗和串扰噪声分别低于0.072 dB和-55.66 dB,8×8光交换网络的插入损耗和串扰噪声分别低于0.500 dB和-45.00 dB。因此,所设计的低损耗性能优势的开关结构有助于实现大规模光子集成交换网络。

摘要：为了提高地震检波器的检测灵敏度,增强其性能可靠性,使其体积微型化,利用集成光学原理设计研制了迈克尔逊干涉芯片,并与光纤-质量块简谐振子、光源、光电探测器制成迈克尔逊干涉型加速度地震检波器,检波器具有灵敏度高、频带宽、重量轻、抗电磁干扰等优点,设计参数相位检测灵敏度△φ/a为1.1×10-2 rad/(m·s-2),测试结果表明,在工作频带O～1065 Hz内,振动与检波器输出信号吻合良好,达到设计要求.

摘要：提出一种具有模式保持功能的片上模式分离器方案。该方案基于多模干涉耦合器(MMI),通过在MMI多模区加入微型热电极,并通过合理设计热电极的位置和精确控制热电极的加热温度,实现TE0、TE1和TE2三种模式的分离,其插入损耗均低于1.06 dB,模式串扰均低于-15.38 dB。该方案具有模式分离数量多和可扩展的优势,可被广泛用于信号处理系统和通信系统中。

摘要：针对微透镜制作采用的球透镜研磨,多组分玻璃基板离子交换,结晶化玻璃基板光热法,本文提出非球面消球差双凸波导透镜设计、制备及参数测试方法。该方法根据集成光学原理,研制了一种非球面消球差双凸波导透镜。该透镜数值孔径大,放大倍数高,接近衍射极限,采用光刻、复制工艺,结构简单,一致性好。实验结果表明,NA=0.35,β=6.932,光强分布与理论值一致,达到设计要求。