A Si-based tunable narrow-band flat-top filter with multiple-step-type Fabry-Perot cavity structure

In the optical network, the quick and accurate alignment with wavelength is an important issue during the channel detection. At this point, a filter having flat-top response characteristic is an effective solution. Based on multiple-step-type Fabry-Perot cavity structure, a novel all-Si-based thermooptical tunable flat-top filter with narrow-band has been fabricated, using our patent silicon-on-reflector bonding technology. The device demonstrated a 1-dB flat-top width of 1 nm, 3-dB band of 3 nm, free spectra range of 8 nm, and the tuning range of 4.6 nm was obtained under the applied voltage of 4 V.

Design Method for Circularly Polarized Fabry-Perot Cavity Antennas

A new class of circularly polarized (CP) Fabry-Perot cavity antennas is introduced that maintain the simplicity of a linearly polarized primary feed and a single cavity structure. The proposed antennas employ a double-sided partially reflective surface (PRS), which allows independent control of the magnitude and phase responses for the reflection and transmission coefficients. In conjunction with an anisotropic high-impedance surface (HIS) ground plane, this arrangement allows for the first time a single cavity antenna to produce a specified gain in CP from a linearly polarized primary source. A design procedure for this class of antennas is introduced. The method exploits a simple ray optics model to calculate the magnitude and phase of the electric field in the cavity upon plane wave excitation. Based on this model, analytical expressions are derived, which enforce the resonance condition for both polarizations at a predetermined PRS reflectivity (and hence predetermined antenna gain) together with a 90 degrees differential phase between them. The validity of the concept is confirmed by means of an example entailing an antenna with gain of approximately 21 dB at 15 GHz. Full-wave simulation results and experimental testing on a fabricated prototype are presented and agree well with the theoretical predictions.

Line of Brillouin-Erbium Fiber Laser Utilizing a Fabry-Perot Cavity in L-band

In this paper, the generation of a multiwavelength laser source from a Brillouin -Erbium fiber laser in the long wavelength band (L-band) region is experimentally demonstrated. The proposed laser system utilizes a Fabrv-Perot cavity formed by fiber-loop mirrors. Twenty-four lines of Brillouin-Stokes with line spacings of 10 GHz are obtained in the L-band region

Optical RI sensor based on an in-fiber bragg grating fabry-perot cavity embedded with a micro-channel

We report a linear response optical refractive index (RI) sensor, which is fabricated based on a micro-channel created within a Fabry Perot (F-P) cavity by chemical etching assisted by femtosecond laser inscription. The experimental results show the F-P resonance peak has a linear response with the RI of medium and the measuring sensitivity is proportion to the length of micro-channel. The sensor with 5 μm -long micro-channel exhibited an RI sensitivity of 1.15nm/RIU and this sensitivity increased to 9.08nm/RIU when widening the micro-channel to 35μm. Furthermore, such micro-channel FP sensors show a much broader RI sensing dynamic range (from 1.3 to 1.7) than other reported optical fiber sensors. © 2012 SPIE.

1.55μm Fabry-Perot Thermo-Optical Tunable Filter with amorphous-Si as Cavity

A 1.55μm Fabry-Perot (F-P) thermo-optical tunable filter is fabricated. The cavity is made of amorphous silicon (a-Si) layer grown by electron-beam evaporation technique. Due to the excellent thermo-optical property of a-Si, the refractive index of the F-P cavity will be changed by heating; the transmittance resonant peak will therefore shift substantially. The measured tuning range is 12nm, FWHM (full-width-at-half-maximum) of the transmission peak is 9nm, and heating efficiency is 0.1K/mW. The large FWHM is mainly due to the non-ideal coating deposition and mirror undulation. Possible improvements to increase the efficiency of heating are suggested.

Measurement of Cavity Loss and Quasi-Fermi-Level Separation for Fabry-Perot Semiconductor Lasers

A fitting process is used to measure the cavity loss and the quasi-Fermi-level separation for Fabry- Perot semiconductor lasers. From the amplified spontaneous emission (ASE) spectrum, the gain spectrum and single-pass ASE obtained by the Cassidy method are applied in the fitting process. For a 1550nm quantum well InGaAsP ridge waveguide laser, the cavity loss of about ～24cm~(-1) is obtained.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Stabilization of optical Fabry-Perot sensor by active feedback control of diode laser

This paper presents the design and characterization of a fiber Fabry-Perot interferometer (FFPI) acoustic wave detector with its Q point being stabilized actively. The relationship between the reflectivity of the F-P cavity facets and cavity length was theoretically analyzed, and high visibility of 100% was realized by optimized design of the F-P cavity. To prevent the drifting of the Q point, a new stabilization method by actively feedback controlling of the diode laser is proposed and demonstrated, indicating the method is simple and easy operating. Measurement shows that good tracing of Q point was effectively realized. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Measurement of gain spectrum for Fabry-Perot semiconductor lasers by the Fourier transform method with a deconvolution process

To improve the accuracy of measured gain spectra, which is usually limited by the resolution of the optical spectrum analyzer (OSA), a deconvolution process based on the measured spectrum of a narrow linewidth semiconductor laser is applied in the Fourier transform method. The numerical simulation shows that practical gain spectra can be resumed by the Fourier transform method with the deconvolution process. Taking the OSA resolution to be 0.06, 0.1, and 0.2 nm, the gain-reflectivity product spectra with the difference of about 2% are obtained for a 1550-nm semiconductor laser with the cavity length of 720 pm. The spectra obtained by the Fourier transform method without the deconvolution process and the Hakki-Paoli method are presented and compared. The simulation also shows that the Fourier transform method has less sensitivity to noise than the Hakki-Paoli method.

Micro Fabry-Perot interferometers in silica fibers machined by femtosecond laser

Micro Fabry-Perot (F-P) interferometers (MFPIs) are machined in a single-mode fiber (SMF) and a photonic crystal fiber (PCF) by using a near-infrared femtosecond laser, respectively. The strain and temperature characteristics of the two MFPIs with an identical cavity length are investigated and the experimental results show that the strain sensitivity of the PCF-based MFPI is smaller than that of the SMF-based MFPI due to their different waveguide structures, while the two MFPIs have close temperature sensitivities which are much smaller than that of an in-line SMF etalon sensor reported previously. These MFPIs in silica fibers are compact, stable, inexpensive, capable for mass-production and easy fabrication, offering great potentials for wide sensing applications. (c) 2007 Optical Society of America.

Tunability of resonant wavelength by Fabry-Perot microcavity in organic light-emitting diodes

Distributed Bragg reflectors (DBR) with different reflection wavelengths were designed, and were used to fabricate microcavity organic light-emitting diodes (OLEDs) based on tris(8-hydroxyquinoline)-aluminum (Alq(3)) as the emitter and N, N'-di(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenyl-benzidine (NPB) as the hole-transporting layer. The microcavity was composed of DBR dielectric mirror and metal electrode aluminum (Al) mirror. Some effects of vertical optical Fabry-Perot microcavity on spontaneous emission in OLEDs were investigated. Spectral narrowing, enhancement of emitting intensity and anglular dependence of emission were observed due to the microcavity effect. It was found experimentally that the utilization of DBR is a better method to adjust the emissive mode in the resonant cavity in OLEDs well. Thus the realization of different color light emission becomes possible by the combination of carefully designed microcavity and electroluminescent organic semiconductors in a single LED.

Microfiber Fabry-Perot interferometer for dual-parameter sensing

We propose and demonstrate a microfiber Fabry-Perot interferometer (MFPI) fabricated by taper-drawing microfiber at the center of a uniform fiber Bragg grating (FBG). The MFPI employing the two separated sections of FBG as reflectors and a length of microfiber as its cavity is derived. Theoretic study shows that the reflection spectrum of such MFPI is consisted of two parts-interference fringes induced by multi-beam interference and reflection spectrum envelope induced by FBGs. Temperature affects both interference fringes and reflection wavelength of FBGs while ambient refractive index (RI) only influences the interference fringes, i.e., MFPI has different response to temperature and RI. Therefore, MFPI for simultaneous sensing of RI and temperature is experimentally demonstrated by tracking a reflection peak of interference fringes and the Bragg wavelength of the FBGs, which are respectively assisted by frequency domain processing and Gaussian fitting of the optical spectrum. Consequently, wavelength measurement resolution of 0.5 pm is realized. © 1983-2012 IEEE.