硅氢键对波导表面光滑化影响的理论仿真

低损耗高Q值硅基纳米光波导谐振腔,是高灵敏探测器、生物传感器、光通讯器件等发展的关键。而波导表面粗糙度会造成较大的光传输损耗,是制约硅基纳米光波导谐振腔Q值提高的一个重要因素。降低硅基纳米光波导表面粗糙度已成为光波导器件发展的一个关键问题,氢退火工艺是当前改善波导表面粗糙度的一种关键技术。基于表面硅氢键流密度理论,利用Materials Studio软件模拟氢退火光滑化处理过程中硅与氢之间的反应,搜索反应过渡态,探究硅氢键、温度等因素对反应的影响。结果表明:在高温氢退火氛围下,波导表面硅原子与氢原子之间能够形成硅氢键,且温度越高,在硅氢键作用下表面硅原子迁移速率越快,表面由高能态向低能态过渡,表面光滑化效果越明显。     

SOI纳米光波导表面粗糙度的研究进展

SOI纳米光波导表面粗糙度会显著增加波导散射损耗,降低表面粗糙度是其在许多方面应用中亟待解决的关键问题之一。首先介绍了表面粗糙度概念,总结了表面散射损耗理论方面的研究进展。随后回顾了多种SOI纳米光波导表面粗糙度测量方法,以及在表面形貌表征中存在的问题。此外,还对几种波导表面光滑工艺进行介绍,并结合具体的工作对光波导表面粗糙度各方面研究进展进行了总结。     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导，并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数. 其制作工艺非常简单，插入损耗在1～2.5dB之间. 这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题，还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸，有利于提高器件的集成度. 为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径，为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

聚合物纳米光子器件

控制光信号在亚波长或纳米尺度的波导巾传输对实现超紧凑的光子学器件和高密集的集成光路十分重要,因为它代表着集成光学向集成纳米光子学的迈进.人们已用光刻技术制作出基于金属材料的表面等离子体纳米波导、基于平面介质材料的纳米光子线波导、光了晶体波导等,也通过自组装等方法或技术制作出基于半导体材料或有机聚合物材料的纳米结构等.聚合物纳米线由于具有良好的机械性能,尤其是其弹性和柔韧性非常好,而且可以通过化学设计改变其材料的特性.因而,是构筑超紧凑光子学器件和微型化集成光路的最佳选择之一.借助化学合成法、激光烧蚀法、静电纺丝法、微纳吸管法、近场探针拉制法、尖端阵列法等制作出的各种聚合物纳米纤维也有报道.     

面向光背板应用的低损耗单模聚合物光波导技术研究

系统地开展了基于光刻及湿法显影工艺制备的聚合物光波导散射损耗的理论及实验研究。研究了包括粗糙度、波导尺寸和工作波长等主要参数对散射损耗的影响,采用激光共聚焦显微镜测量了光波导侧壁及上下表面的粗糙度。实验结果表明,波导侧壁的平均粗糙度约为60nm,是上下表面粗糙度的3倍。因此,散射损耗主要由侧壁粗糙引起,其大小是上下表面粗糙引入散射损耗的9倍。基于上述理论及实验结果,通过优化波导设计,制备了工作于1310nm波长、平均损耗为0.35dB/cm的低损耗单模聚合物光波导,其作为高速高密度光背板的关键传输介质具有良好的应用前景。     

飞秒激光制备波导型光合波器的数值模拟

为了对飞秒激光加工微纳米尺度波导器件的可行性进行分析,采用有限差分光束传输法对余弦型Y波导合波器的耦合夹角大小对合路光场的影响进行了仿真模拟,分析了光场强度、分支角度以及损耗等之间的关系,得到当耦合夹角为0.6rad时,输入光场相互隔离,附加损耗低至0.45dB,传输效率接近90%的结果。结果表明,在石英玻璃这种高损伤阈值的材料中利用飞秒激光直写制备光合波器件时,预先对加工的微纳器件进行仿真模拟,在微纳光子集成及微纳米光波导中具有很重要的意义。     

硅基波导、光探测器和CMOS电路的集成

对于集成光学器件和微电子电路制作，应用了驻波监控指示技术（ＳＷＡＭＩ）、局部氧化技术（ＬＯＣＯＳ）、光波导和探测器的平接、漏波，以及镜耦合技术。文章介绍了硅基光波导、光探测器和ＣＭＯＳ电路的单片集成技术。讨论了集成工艺以及静态和动态测量结果     

用B样条函数对S形弯曲波导进行结构优化

S形弯曲波导是集成光器件中不可缺少的部分。在光开关阵列、星形耦合器以及阵列波导光栅等器件中。以及将多个元件集成到一个芯片上时，都需要很多的S形弯曲波导来实现波导的侧向位移和连接。其尺寸和损耗直接影响整个器件的损耗以及集成密度。弯曲波导插入损耗(不包括由于结构缺陷而产生的光的散射损耗)由两部分组成：纯弯曲损耗和过渡损耗。从弯曲损耗产生的机理人手，提出用B样条泛函逼近理论实现任意边界条件下S形的优化方法，得到纯弯曲损耗尽可能小，并消除与直波导相连处过渡损耗的S形波导。且与正弦、余弦和双圆弧曲线得到的S形进行对比，用光束传播法验证。结果表明优化曲线插入损耗明显小于双圆弧和余弦曲线。     

Fully Embedded Board-Level Optical Interconnects From Waveguide Fabrication to Device Integration

This paper presents the latest progress toward fully embedded board-level optical interconnects in the aspect of waveguide fabrication and device integration. A one-step pattern transfer method is used to form a large cross-section multimode waveguide array with 45deg micromirrors by silicon hard molding method. Optimized by a novel spin-coating surface smoothing method for the master mold, the waveguide propagation loss is reduced to 0.09 dB/cm. The coupling efficiency of the metal-coated reflecting mirror, which is embedded in the thin-film waveguide, is simulated by an M² factor revised Gaussian beam method and is experimentally measured to be 85%. The active optoelectronic devices, vertical surface emitter lasers and p-i-n photodiodes, are integrated with the mirror-ended waveguide array and successfully demonstrate a 10 Gbps signal transmission over the embeddable optical layer.     

Analysis of integrated optical corner reflectors using a finite-difference beam propagation method

Integrated optical corner reflectors in III-V semiconductors are analyzed employing a finite-difference beam propagation method and propagating the beam in parallel with the etched semiconductor-air interface. For this choice of propagation direction, the effects of mirror roughness, rotation, and displacement of the mirror surface from its ideal position can be assessed very easily. The integrated reflector whose mode size is larger shows less dependence on the mirror displacement error. The loss due to mirror surface roughness depends weakly on the mode size and strongly on the mode polarization, being larger for the quasi-transverse-electric polarization. The loss due to rotational errors of the mirror surface is not a strong function of polarization, but increases as the waveguide width increases. However, for a rotation error smaller than 0.1 degrees , which should be achieved easily, the excess loss is smaller than 0.2 dB at 1.3 % mu m regardless of the waveguide width.<>     

Optical properties of epitaxialLaF3/SrF2/GaAs(111) heterostructure waveguidesfabricated by molecular beam epitaxy

Thin film slab waveguides of lanthanum fluoride clad with strontium fluoride grown epitaxially on GaAs (111) are characterized by optical and structural techniques. Crystallinity, surface roughness, refractive indexes and propagation loss measurements suggest that these structures show promise for monolithically integrated infrared (IR) pumped IR down-conversion and visible upconversion laser devices. Propagation losses as low as 3.7 dB/cm at 633 nm were measured in samples which show waveguide propagation over distances of several centimeters. Simulation of the scattering losses due to surface roughness provides an approximate delineation of surface and nonsurface contributions to the optical loss. Typical root-mean-square surface roughness of the lanthanum fluoride layer was on the order of 3 nm. The morphology appears to be dominated by grain boundaries     

二维半导体光电性质与器件研究进展简述

二维半导体材料,如过渡金属硫族化合物,以其在光电器件方面展现出的独特性能与巨大潜力,成为后摩尔时代有极大发展前景的新半导体材料.二维材料具有独特的光电性质,如直接带隙的电子结构,谷自旋电子学特性,强激子效应等,而利用以上性质,此类材料可用于光探测器、场效应晶体管、高效微纳传感器、光电子电路等微纳光电器件中.因此,以过渡金属硫族化合物为代表的二维半导体材料无论在基础科学与未来应用方面,都是重要的备选材料.     

Flexible optical waveguide film fabrications and optoelectronic devices integration for fully embedded board-level optical interconnects

This paper demonstrates a flexible optical waveguide film with integrated optoelectronic devices (vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) and p-i-n photodiode arrays) for fully embedded board-level optical interconnects. The optical waveguide circuit with 45/spl deg/ micromirror couplers was fabricated on a thin flexible polymeric substrate by soft molding. The 45/spl deg/ couplers were fabricated by cutting the waveguide with a microtome blade. The waveguide core material was SU-8 photoresist, and the cladding was cycloolefin copolymer. A thin VCSEL and p-i-n photodiode array were directly integrated on the waveguide film. Measured propagation loss of a waveguide was 0.6 dB/cm at 850 nm.     

短波中红外硅基光子学进展（特邀）

短波中红外光学（2~2.5 μm）在通信测距、卫星遥感、疾病诊断、军事国防等领域具有广泛的应用。作为短波中红外光学系统的关键核心部件,集成光电器件的开发一直都是重点的研究领域。得益于硅基材料超宽的光谱透明窗口,其在开发短波中红外集成光电子器件方面极具发展前景,近年来获得了广泛的关注。文中简要讨论了短波中红外硅基光子学的应用前景,从无源波导器件（包括波导、光栅耦合器、微型谐振腔、复用/解复用器等）、非线性光学波导器件和光电波导器件（包括调制器和探测器等）三方面综述了短波中红外硅基光子学的发展历史和前沿进展。     

SOI材料在光电子学中的应用

SOI材料是应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。近年来随着SOI材料制备和加工技术的成熟,SOI基光波导器件的研究日益受到人们的重视。文章介绍了SOI材料在光电子学领域的一些具体应用,包括了在热光器件、电光器件、亚微米波导器件与光纤的耦合器以及光电子集成芯片等方面的最新研究进展。更小的波导截面尺寸是未来SOI光波导器件发展的必然趋势。     

硅基光波导材料的研究

光波导是集成光路及其元器件中最基本的构成单元。本文介绍了各种不同类型的光波导材料的特性。硅材料作为目前研究得最透彻的半导体材料,它在光电子领域的应用也是令人关注的。硅基光波导材料种类繁多,主要包括聚合物、外延硅/重掺杂硅、SiO₂,SOI和SiGe/Si等。硅基光波导材料是实现硅基光波导器件的基础,本文阐明了它们各自的特点和应用前景。其中聚合物、SiO₂和SOI波导是目前研究的热点。     

Integrated waveguide turning mirror in silicon-on-insulator

Planar lightwave circuits based on silicon are playing an important role in integrated optical systems. The integrated waveguide turning mirror (IWTM) is an essential component for the compactness of optical devices. We have designed such a mirror with a 90° directional change in silicon-on-insulator (SOI). The fabricated mirror has very small surface roughness. The loss caused by transverse tilt δ_t and lateral tilt δ_l is negligible in theory. A 1 × 2 beam splitter using the structure is fabricated to test the performance, and turning mirrors of excess loss less than 0.5 dB/mirror are obtained