硅基光电集成材料及器件的研究进展

以硅基光电集成回路为主线,综述了不同的硅基光波导材料的制备技术和硅基光波导的制作工艺及其对光传输损耗的影响。分析了硅基光波导与锗硅光探测器集成用两种不同的耦合方式,阐明了波导与探测器集成的机理及设计理论基础。归纳出硅基键合激光器的四种技术方案,指出其共同优点是克服材料异质外延引起的晶格失配和热膨胀非共容,对实现OEIC行之有效。

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。

用于宽频带时域电场测量的光电集成电场传感器

电场测量是电气工程领域的基础研究手段。光电集成电场传感器具有无源、小尺寸、宽频带、动态范围大等优点,能够满足电力工程领域不同场合的电场测量需求。首先介绍了光电集成电场传感器的半波电场、静态偏置点可控性、温度稳定性和湿度稳定性四方面的关键技术问题以及相关解决措施,并提出了未来相关方向的具体研究工作思路及其改进方案。另外就所研制的光电集成电场传感器的线性测量范围、时域响应、频率响应等关键电气特性进行了比较分析。最后,结合近年的工作,介绍了利用所研制光电集成电场传感器在直流、工频、μs级暂态、ns级暂态等典型时域电场中的测量应用。

光电集成强电场传感器的频率特性校准研究

为了将光电集成电场传感器用于时域电场测量,为高电压技术领域的研究工作提供一种有效的实验手段,需要校准传感器的频率特性,常用的实验手段无法满足上述校准需求,故结合高电压工程领域电场传感器校准的基本要求和光电集成电场传感器的特点,分析并确定了传感器时域校准的方案,利用有界波电磁脉冲模拟器开展校准工作,通过实验与计算获得了传感器的上升时间和上限截止频率等,为传感器的测量应用打下了基础。

用于光电集成收发模块的SOI波导耦合器设计

基于光纤陀螺的小型化和工程化设计要求,提出模块化设计概念。设计了一种Y型SOI波导耦合器,用于光纤陀螺光收发模块。此结构具有形式简单、谱宽、加工工艺成熟和易于实现光电集成等技术优势。理论上分析了波导结构参数对其特征参数(分光比、损耗)的影响,优化参数设计,通过模场匹配理论减小器件损耗。最后,对波导耦合器加工工艺进行了讨论,采用电子束光刻技术加工出波导掩膜版,并对加工工艺参数进行了优化。实验结果表明:所设计的分光比50%:50%波导耦合器,当波导长为25mm时,输入输出波导的间距可以达到300μm,且理论弯曲损耗可忽略不计,可以有效的抑制光源与耦合器的串音干扰。通过优化工艺参数,设计的SOI波导耦合器可以满足设计要求。

光电集成加速度地震检波器系统的研究

提出了一种基于 M-Z 光波导干涉型的新型光电集成加速度地震检波器,将光波导 M-Z 干涉仪、十字横梁硅质量块简谐振子、光波导偏振器单片集成在同一硅基底上,该系统在 GS1020组合振动测量仪(美国)上进行了测试,检测系统性能良好,能满足高精度、宽频带地震勘探要求.

光电集成加速度地震检波器中声光波导相位调制器的设计与实验

提出了一种新型的光电集成加速度地震检波器,这是一种全新的微光机电系统(MOEMS).为实现硅基底上的光波导M Z干涉仪的相位调制,采用了声光相位调制的方法.该相位调制器利用叉指换能器(IDT)激发出声表面波(SAW)实现对光波导的相位调制.在对光波导声光相位调制机理深入研究的基础上,设计并制作了器件.实验结果与理论相一致.

GeSi调制器与探测器单片光电集成

文章以ＧｅＳｉ材料为基础，从理论和实践两方面讨论将波导、调制器、探测器集成在一起的可能性。分析结果表明，三者之间的光集成在理论上是可行的。

用CMOS工艺实现VSR光电集成接收机的途径

介绍了 1 0Gbit/s速率的甚短距离光传输系统VSR(VeryShortReach)中的接收机。分析了几种有希望用于VSR系统的CMOS工艺兼容的光电探测器。提出用CMOS电路实现VSR光电集成 (OEIC)

MSM-PD与RTD光电集成的模拟

设计了由谐振隧穿二极管 (RTD)为驱动器件 ,以金属 -半导体 -金属光探测器(MSM PD)为光敏元件的光电集成电路单元 ,利用通用电路模拟软件PSPICE基于其物理意义的电流 -电压方程建立直流电路模型 ,模拟其暂态特性 ,结果表明器件具有反相输出功能和双稳态特性。

单片光电集成回路研究进展

单片光电集成回路(MOEIC)综合应用微电子、光电子、新型材料生长与加工等高新技术,将光、电元件集成在同一衬底上,具有体积小、成本低、可靠性高等诸多优势,在军事和民用光电系统中都有广泛的应用。回顾了国外单片集成光接收机、单片集成光发射机的研究进程以及国内单片光电集成的技术发展,介绍了作为单片光电集成发展趋势的光电系统或子系统的单片集成、高速Si基单片光电集成等单片光电集成的前沿研究热点。

基于光电集成芯片的塑料光纤通信系统研究

为提高塑料光纤(POF)通信系统的输出光功率及信号完整性,对包括光发射机、POF、光接收机以及相关的耦合透镜的POF通信系统进行设计,光收发芯片均为自主研发的硅基光电集成芯片。首先,从理论上对整个通信系统的光路进行了设计;其次,采用TracePro软件对系统光路过程进行了模拟和分析,优化设计了系统及封装参数;最后,对系统光功率和眼图进行了测试。结果表明,采用设计的光路和透镜参数,可以将耦合进POF的光功率提高大约5.5μW;获得了在125 Mbps输入速率下的眼图,眼图线迹清晰,噪声较小,测试结果满足百兆速率的通信要求。

前均衡CMOS光电集成接收机概念的提出和模拟

提出了一种解决CMOS光电集成接收机灵敏度和速度问题的新方法——前均衡法,即在接收放大电路的前端对传输信号进行频率补偿,并分别采用并联谐振回路、三次阶梯网络和高通滤波器峰化技术设计了三种前均衡0.35μmCMOS光电集成接收机.其中,光电探测器选用面积为40μm×40μm的叉指型双光电二极管结构,实验测得该二极管的频率响应带宽为1.1GHz,结电容为0.95pF.对接收机的模拟结果表明:采用三次阶梯网络峰化技术的前均衡方案可有效提高光接收机的灵敏度和速度,并可实现灵敏度为-14dBm,3dB带宽为2GHz,BER为10-12的0.35μmCMOS光电集成接收机.

一个简单光电集成回路的计算机辅助分析

本文采用一适于光电集成回路(OEIC)的计算机辅助分析程序,对含一个激光二极管(LD),两个金属半导体场效应晶体管(MESFET)的混合和单片OEIC做了较详细的分析。主要考虑:LD的偏置情况I_o/I_(th)(工作电流与阈值电流之比),引线及封装产生的寄生参数对输出光的频率响应和小信号脉冲响应特性的影响。结果表明:寄生电阻,小于5pF的寄生电容影响不大,而LD的偏置情况,寄生电感对回路的频响和小信号脉冲响应有极大影响。室温下,该混合OEIC芯片,当LD工作在二倍阈值以上,引线寄生电阻和电感分别取为0.1(?)和0.3nH时,小信号调制带宽可达4GHz。由于单片集成极大地减小了寄生电感(主要是引线电感),因此,单片集成在提高OEIC的工作速度上具有很大的优越性。

光电集成加速度地震检波器及其信号处理系统

研制出光电集成加速度地震检波器及其数字信号处理系统。该检波器将光波导M-Z干涉仪、十字横梁硅质量块简谐振子、光波导偏振器单片集成在同一硅基底上,并与光源、光电探测器、信号处理电路混合集成。数字信号处理系统以TI公司的高性能数字信号处理(DSP)芯片为核心,辅以必要的电路,实现了对加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿。完成了实验样机的研制,测试结果表明主要性能指标达到设计要求。

光电集成电场传感器介入测量影响研究

光电集成电场传感器在电场测量领域发挥着日益重要的作用,研究其介入对待测电场的影响对提高测量结果的准确度具有重要意义。搭建了研究光电集成电场传感器介入测量的实验系统,利用该系统对高压领域的4种典型电极(板–板电极,球–板电极,线–板电极和棒–板电极)进行了实验研究,并建立模型、进行仿真计算。实验仿真结果均表明:当传感器中心与待测电极表面的距离d大于3 cm时,测量值相对于计算值的误差小于±3%;随着d的减小,测量误差将迅速增加。对于此类型传感器,管壳及晶体介电常数较大是影响测量误差的主要因素。

光电集成技术研究综述

介绍了光电集成的基本概念以及从光子集成到光电集成的发展历程。从政府政策和企业个体两个层面对比分析了国内外光电集成技术的发展与研究现状,并详细阐述了光电集成实现的主要技术途径和技术水平现状,展望了光电集成的未来发展趋势和应用前景。

高速光器件的光集成及光电集成

本文介绍了高速激光器的现状，并综述了高速激光器的光集成和接收机的光电集成。最后。

可控增益光电集成光接收机设计

基于IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工艺,利用工艺库提供的分束器将入射光信号能量均分给差分电路两侧的Ge波导耦合型探测器,设计了一款应用于高速光通信和光互连领域的增益自动可控型光电集成光接收机.整体电路包括光电探测器、跨阻放大器、两级增益放大器、输出缓冲级、直流偏移消除模块和自动增益控制模块.为解除利用直流偏移消除电路检测峰值电压这种传统方案对消直流电容容值的限制,电路设计了同时具有峰值检测和增益控制功能的自动增益控制模块,并引入放电复位电容来控制采样时间.为了稳定差分电路的直流工作点,并避免引入过多功能模块对电路噪声的恶化,设计了结构灵巧的直流偏移消除电路.同时,为了提升电路带宽,还设计了带射随器反馈的共射跨阻放大器、带简并电容的Cherry-Hooper增益放大器以及可有效降低输入电容对级联电路带宽限制的f_T倍频器.仿真结果表明,在电源电压为3.3 V、输入光功率-10 d Bm的情况下,所设计的光接收机电路增益为80.2 dBΩ,-3 dB带宽为34.8 GHz,带宽范围内等效输入噪声电流小于35 pA/√Hz.输入光功率在-15^-3 dBm范围内,电路可实现对增益的自动控制,输出摆幅约500 mV,波动小于10%.在40 Gb/s的传输速率下,电路眼图清晰方正,无明显的欠冲与过冲,交叉点清晰,张开度良好,有望用于高速单片集成光接收机中.

BCD工艺下光电集成的单光子雪崩光电二极管及前端电路的研制

提出一种基于BCD工艺用于检测微弱光信号的单光子雪崩光电二极管(SPAD)及前端淬灭-复位电路(QRC)。为减小边缘击穿的风险,提高响应度,设计了一种圆形P+/Nwell/Deep Nwell结构SPAD,Deep Nwell和衬底之间形成的pn结,能够有效减少p衬底流向雪崩区的暗电流,降低暗计数率,也保证了较小的纵向渡越时间,提高了响应速度。同时设计了P阱保护环,增大了器件的击穿电压。采用silvaco对器件进行二维仿真,与传统的P+/Nwell结构以及P+/Nwell/BNwell结构进行了比较,验证了设计结构在击穿电压、响应度方面的优越性。为实现光电探测器与集成电路的协同设计,改进了APD光电器件的等效电路模型并在此基础上设计了主动淬灭复位电路,死时间约为2.6 ns,能够达到快速探测的目的。测试结果表明,P+/Nwell/DNwell结构的雪崩击穿电压为15.8 V,在过电压为0.2 V时,650 nm光照射下,响应度约为0.80 A/W,暗计数率为20 kHz。