硅基光子器件研究进展及其在光陀螺与光通信中的应用

光通信对高带宽要求的不断增强以及计算机芯片对高性能计算的不断需求刺激了硅基光子器件的发展,使之向集成化、低成本方向发展,并取得了一系列重要的理论和技术突破。综述了近期硅光子器件如硅基光源、放大器、光调制器的最新研究进展,并对现有技术在未来光陀螺及光通信中的应用进行了分析和设计.设计了一种三维有源谐振环结构以实现全集成化的谐振式光波导陀螺,展示了硅基光子器件在光陀螺及光通信应用等方面的广阔前景。

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.

硅基集成光子器件先进设计方法

硅基集成光子器件具有体积小、集成度高的突出优势,在光通信、数据中心光互连等领域具有广阔应用前景。然而,硅基波导耦合器件尺寸相对较大、工作带宽和工艺容差受限。硅基多模路由光子器件设计还面临挑战。文章介绍了近年来发展起来的两种硅基集成光子器件先进设计方法:绝热捷径法和变换光学方法,简要阐述其物理原理,并展示在硅基集成光子器件设计中的典型应用。

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。

基于SOI的一维光子晶体纳米梁腔电光调制器

随着光通信和光互联的高速发展,研究调制速率高、器件尺寸小且易于集成的电光调制器具有重要意义。提出了一种基于Si绝缘体材料(silicon-on-insulator,SOI)的一维光子晶体纳米梁腔(photonic crystal nanobeam cavity,PCNC)侧耦合电光调制器。根据时域耦合模理论,通过主线波导与一维光子晶体纳米梁腔形成侧耦合结构。采用圆柱型渐变孔径的一维光子晶体纳米梁腔,使光束更好的束缚在腔内,调整纳米梁腔的结构参数,使其工作在通信波段波长。同时,根据自由载流子色散效应,在纳米梁腔两侧引入掺杂形成p-n结,施加较低偏压调节纳米梁腔的谐振波长,从而实现对工作波长光信号的"通""断"调制。应用三维时域有限差分法(3D-finite difference time domain,3D-FDTD)对调制器光学特性和电学性能进行仿真分析。结果表明,该电光调制器可以实现波长为1550.55 nm的光信号调制,调制电压仅为1.175 V,插入损耗为0.04 dB,消光比为18.2 dB,尺寸仅为25μm^(2),调制速率为8.3 GHz,调制带宽可以达到90 GHz,可应用于集成光子器件及高速光通信领域。