硅基光波导及光波导开关的研究进展

ＳｉＯ２ 光波导、重掺杂光波导、ＳＯＩ光波导、合金光波导及聚合物光波导等低损耗硅基光波导的研究已取得了很大的进展,随着这些波导的硅基光开关不断研制出来,各种光开关结构也不断提出来了。为了解决硅的线性电光系数为零的问题,采用了多种方法,以获得强的线性电光效应,实现高速光开关。文章回顾了近十年来硅基光波导及光开关的研究进展。     

Ⅲ - Ⅴ/Si混合集成激光器研究进展

硅基光互连技术是解决目前电互连制约瓶颈的有效手段,而实用化集成光源的制备对硅基芯片功耗的降低和尺寸的减小有着十分重要的意义。硅基集成激光器在过去的十多年间取得了一系列重要突破,其中III-V/Si混合集成激光器是近期最可能获得实际应用的方案之一。文章简要分析了硅基集成激光器的研究现状,重点介绍了III-V/Si混合集成激光器的研究进展,包括III-V/Si键合激光器和III-V/Si倒装焊激光器的发展和各自存在的问题,并预测了硅基集成激光器的发展方向。     

应用于光互连的金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器

硅基键合III-V 材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现III-V/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

应用于光子集成的硅基混合集成人工微结构硅波导输出激光器研究

目前,硅光子集成在光通信和信号处理、微电子系统的片内和片间互连领域成为研究热点。虽然其基础元件如波导、输入/输出(I/O)耦合器、波分复用器、调制器和光探测器性能达到了一定水平,但是硅光子集成回路仍面临挑战,原因是硅基激光光源的制作仍然是一个技术难题。综述了近年来硅基混合集成激光器的进展,介绍了课题组的研究成果。将微结构引入到硅基混合集成硅波导输出激光器中,提出了新型的III-V/硅混合集成的微结构硅波导输出单模激光器。此新型激光器工作在通信波段。其中,InGaAlAs增益结构是通过晶片直接键合的方式与具有微结构的SOI(Si/SiO2/Si)集成。激光器模式选择机制是基于SOI中的周期微结构,仅通过标准光刻即可实现。微结构激光器室温连续输出为0.85mW,脉冲输出为3.5mW,边模抑制比为25dB。     

光波导端面耦合自动调芯仪研制

设计了两种适用于光波导高精度对接耦合的自动调芯方案,这两种方案从原理上克服了常规调芯过程依赖于对微变信号精确测试的困难.提出了实现自动调芯的结构,完成了调芯系统的光机电一体化、相应的控制程序以及与计算机的接口界面.采用通信用单模光纤作为标准光波导做了端面耦合试验,自动调芯结果显示,在1310nm波长上,平均耦合损耗为0.075dB,标准误差为0.0099dB;在1550nm波长上,平均耦合损耗为0.062dB,标准误差为0.0066dB.自动调芯过程在2min内完成.     

硅基键合激光器的研究进展

硅基的光电子集成以及光集成将满足未来信息传输处理的要求。目前制作硅基激光器的方法主要分为两类,异质结外延生长和异质材料键合。键事方法克服了异质结外 可避免的晶格失配和材料热膨胀系数非共容性的缺点,它可以将具有直接带隙结构的半导体材料键合到硅片上,从而制作出硅基键合激光器件。特别是年来来发展起来的低落曙直接合技术,使发光器件与微电子器件的硅基混合光电集成成为可能。     

介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成金属限制激光器

硅基键合Ⅲ-Ⅴ材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

硅基光波导结构与器件

简要评述硅基光波导的结构，工艺及其器件，包括低损耗的硅基光波导，电光波导器件，红外波导探测器，氧化硅光回路等。     

新型硅基集成光隔离器的研究进展

光隔离器是保障光通信系统稳定运行的重要核心器件。目前,光通信器件在单个芯片上的集成是必然趋势,但光隔离器的集成仍然存在损耗高、隔离度差、集成工艺困难等诸多问题,复杂有源光通信器件片上集成的发展也因此受到了阻碍。概述了实现光隔离的几种有效方案,介绍了硅基集成光隔离器的最新研究进展,并对其未来的发展态势进行了展望。     

单端输入非线性定向耦合器的近似解

本文提出单端输入非线性定向耦合器在最常用情况下,即输入功率接近特征功率时的解析近似解。在计算过程的较早步骤引入近似,就可以将非线性耦合器满足的积分方程加以简化,由此得到简单函数形式的解而不是通常的椭圆函数解。文中给邮了数值计算的结果并与精确解和A．T．Pham等人的近似解结果进行了比较,我们的结果比A．T．Pham等人的结果精确。     

X型光纤耦合器的回波干涉研究

理论分析了X型光纤耦合器(OFC)回波噪声的周期性振荡产生的原因，对两光纤端面的菲涅尔反射的多光束干涉效应进行计算，得到回波信号强度与光纤端面间隔的依赖关系。实验观测了回波信号随着光纤端面间距的变化，其依赖关系呈现出周期性，并与理论分析较好地吻合。     

相干式CO_2激光边缘跟踪雷达光学系统

根据目标激光散射回波的基本特性和边缘跟踪概念，设计并制作了一套单管调频连续波（ＦＭＣＷ）体制的相干式ＣＯ２激光雷达光学系统。这套系统的组合像差弥散斑直径约５０μｍ，用０．１８ｍｒａｄ全发散角的细光束照射目标产生了较好的误差信号。激光束模式较好时，系统接收到了７．８ｋｍ处房屋的后向散射信号，经扫频窄带滤波后，信号具有较高的信噪比，此时激光器输出功率约为５Ｗ。     

基于GaAs/GaAlAs条形光波导的定向耦合器分析

运用基于级数展开法(SEM)的三维光束传播法(3D-SEM-BPM)分析了由GaAs/GaAlAs条形光波导构成的定向耦合器.获得了这种定向耦合器所承载的偶模及奇模电场分布,其耦合长度随波导间距的增加近似指数增长.模拟了光波在器件中的传输演变情况,用条形光波导的基模在给定定向耦合器的左通道激励,传输2.62mm之后模场转移至右通道,获得了交叉态(Cross State).另外,3D-SEM-BPM最终将BPM基本方程归结为一阶常微分方程组,方法简单;导出矩阵小,计算效率高.处理边界条件时,引入正切函数变换将无限平面映射成单位平面,避免了边界截断问题.     

基于强耦合理论的熔锥型单模光纤耦合器研究

根据光纤的强耦合模理论,阐述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作基理,并研究了熔融拉锥法制作单模光纤耦合器的过程,分析了各参数对耦合器性能的影响,利用光学测试系统测试了光纤耦合器各光学特性参数。经大量实验表明,强耦合模理论与实验结果吻合,说明该方法的可行性；同时拉锥法制作的光纤耦合器具有较好的性能特性,表明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、方向性好、均匀性好、环境稳定以及成本低廉等优点。     

基于强耦合理论的熔锥型单模光纤耦合器研究

根据光纤的强耦合模理论,阐述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作基理,并研究了熔融拉锥法制作单模光纤耦合器的过程,分析了各参数对耦合器性能的影响,利用光学测试系统测试了光纤耦合器各光学特性参数。经大量实验表明,强耦合模理论与实验结果吻合,说明该方法的可行性;同时拉锥法制作的光纤耦合器具有较好的性能特性,表明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、方向性好、均匀性好、环境稳定以及成本低廉等优点。     

石墨烯/硅基异质集成光电子器件

石墨烯/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展,因石墨烯所具有的诸多独特的物理性质如超高载流子迁移率、超高非线性系数等,石墨烯/硅基异质集成器件展现出了诸如超大带宽、超低功耗等优异性能。文章介绍了近年来报道的典型石墨烯/硅基异质集成器件,包括石墨烯/硅基电光调制器、石墨烯/硅基热光调制器和石墨烯/硅基光电探测器,简要阐述了其原理与性能,并对其未来的应用与发展做出了展望。     

硅基毫米波共面波导可缩放神经网络模型

随着微电子工艺技术的发展,硅基CMOS器件的截止频率已经达到毫米波频段,使硅基微波单片集成电路实现成为可能。因此,建立硅基毫米波频段共面波导结构模型使准确设计硅基微波单片集成电路成为必要。文章提出了一种基于神经网络技术的共面波导结构(CPW)毫米波可缩放模型,采用3层神经网络结构,根据共面波导的测试结果,用神经网络来学习其物理变量和测试的相应S参数空间映射关系。仿真与测试结果比较表明:基于神经网络方法建立的毫米波共面波导可缩放模型对不同几何参数CPW能够快速和准确地给出对应的CPW的S参数结果。     

基于失效物理原理的光耦寿命分析研究

为研究光耦应用于智能电表中的可靠性寿命,针对光耦进行失效分析和试验验证。基于失效物理原理的思路,采用威布尔模型推算出光耦的可靠度和工作寿命,并结合Eyring模型推算出寿命模型。结果推算出智能电表的3个典型电路如各采用1个光耦,则在65℃下老化110h后,将会逐渐筛选出100%的该失效物理原理光耦,能为光耦的工艺质量控制和可靠性预计方面提供参考依据。