集成光电子学实验室
Integrated  Opto-electronics  Laboratory
 

 

 

Research  Directions

本实验室目前科研方向的介绍:

1.铌酸锂晶体的改性研究


       铌酸锂晶体(LiNbO3)
是一种广泛应用和研究的光学材料,具有优良的电光、

声光、非线性光学、光折变等物理特性,性能稳定,耐高温、不易腐蚀,商业生

产技术成熟,能够在不同的掺杂后体现出丰富的特殊性能,适用于滤波器、光波

导、电光调制器、倍频、全息存储等器件的制作,表现出乐观的发展前景。

       铌酸锂晶体是典型的非化学计量比晶体,其中具有数量可观的本征缺陷。

对晶体进行处理,如气相输运平衡法(vapor transportequilibration,VTE),

可以定量的改变铌酸锂晶体中缺陷的数量。当降低晶体中缺陷的数目,使之成为

近化学计量比,能够使晶体获得高的光折变性能,提高电光系数和非线性系数,

降低畴反转电压,提高发光强度等优秀性能;而相反地,当提高晶体缺陷数量

后,能够使晶体中的掺杂水平明显提高。本实验室开发了一套完整的VTE实验

装置,开展了大量利用VTE技术改变LiNbO3晶体组分的研究工作,获得了一系

列不同组分的多种LiNbO3晶体,如远离化学计量比纯的和MgO掺杂LiNbO3晶体,

近化学计量比纯的、MgO掺杂、Er掺杂、Ti掺杂LiNbO3晶体。并且对上述晶体的

多种性能进行了表征。

 

2.基于铌酸锂晶体的无源光波导器件


       在铌酸锂晶体上可以实现多种无源光波导器件,如光开关、相位调制器以及

光学频率变换器件等。利用光波导还可以把这些器件集成在同一块芯片上。在通

讯、军事、传感领域有着广泛的应用前景。目前在铌酸锂上实现光波导的方式有

两种:钛扩散光波导和质子交换光波导。相比于后者,前者具有传输损耗小、性

能稳定、不会影响铌酸锂本身物理特性等优点。因此近年来,本实验室一直致力

于探索研究并建立一套富锂VTE和金属内扩散相结合的技术用于制备低波导损耗、

高抗光折变能力和高光学质量的近化学计量比钛扩散光波导。并利用该类型波导

研发出信号(泵浦)光波长、功率不再受限制的无源光波导器件。另外,本实验

室还致力于利用钛扩散光波导开发了新型的无源器件,如基于钛扩散光波导的长

周期波导光栅。

3.基于铌酸锂晶体的有源光波导器件


        铌酸锂晶体的重要特点之一是易于掺杂,几乎所有的过渡元素和稀土元素都

可以掺入其中,掺稀元素的LiNbO3晶体为集高激光增益、电光、声光特性于一体,

可实现波导激光器、调制器和开关的单片光集成器件。在无线通信、测距、信息

存储等领域有重要应用前景。


       本实验室进行了大量有关Er掺杂钛扩散铌酸锂光波导方面的研究,通过结合

VTE方法,已经制备出局部具有较高掺铒浓度的铌酸锂晶体,并在此基础上,成功

制备出了具有抗光折变能力的Ti:Mg:Er:LiNbO3光波导,并对该光波导的放大性能

进行了实验和理论研究。另外,我们正着手于对掺钕铌酸锂晶体的性能进行研究,

预计获得一些列重要的研究成果。

4.基于铌酸锂光子晶体材料器件的研究


       光子晶体是一种具有光子带隙的周期性电介质结构,落在光子带隙中的光不能

传播。由于其独特的调节光子传播状态的功能,成为实现光通讯和光子计算机的基

础。光子晶体的应用涉及高品质反射镜的制造、实现低阈值激光振荡、高品质因数

微谐振腔的制造、宽带带阻滤波器的制造、极窄带选频滤波器的制造、光子开关、

光子存储器、光子限幅器以及光子频率变换器等,其前景非常广阔。


       由于铌酸锂晶体本身具有的压电,热电,铁电,线性和非线性特点,因而基于

铌酸锂的集成光学器件已引起人们广泛关注。在铌酸锂材料上制备光子晶体结构

材料对光学集成化有广泛意义。由于优异的光波导性能,光子晶体将在未来的全

光集成回路中起关键作用。


       结合铌酸锂有良好的电光性质、铁电性质、非线性等光学性质,及光子晶体

的光学特性,研究人员提出电光可调谐光子禁带的模型,并基于这个模型提出了

光波导和光学器件的具体应用分析。利用Rsoft及Optiwave软件利用FDTD计算对

该模型进行分析,研究该模型的禁带结构及透射谱,设计直角波导、分叉波导

及滤波器光开关等结构的参数,分析其性能及可行性。为了使集成光学材料铌

酸锂与其它光子晶体波导的器件相集成,使得光子晶体器件在光子晶体的平台

上进行一定规模的功能的集成变为可能,对基于钛扩散铌酸锂光波导的二维光子

晶体特性研究这一课题研究具有重大的科研价值及实用价值。

5.以铌酸锂为基底的生/化传感器件的研究


       基于回音廊模式(whispering gallery mode,WGM)的微谐振腔具有超高的品

质因数和很小的模式体积,在集成光学、医药、探测等领域均有着重要的研究价

值和应用前景。因此,它一直都是研究的热点。本实验室利用铌酸锂的优良特性

对以铌酸锂为基底的生/化传感器件进行研究。

 

 

 

 

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