CMOS兼容的小型化硅基光隔离器
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61775094
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0502.光子与光电子器件
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:黄庆忠; 冷乐蒙; 邵越; 赵沛炎; 汪振政; 刘强;
- 关键词:
项目摘要
Silicon photonic devices are compatible with CMOS processing, therefore they are amenable to low cost fabrication and large-scale integration. Furthermore, they can be monolithically integrated with silicon microelectronics. As such, silicon photonics promises to have revolutionary impact on optical interconnects, optical communications, optical signal processing and optical sensing. CMOS-compatible optical isolators are a key device research topic in silicon photonics. An optical isolator allows light to pass in one direction only. It is an indispensible component in many optical systems. Traditional optical isolators usually employ materials that are not compatible with the CMOS processing technology. Recently, CMOS compatible active silicon optical isolators based on electro-optic modulation have been proposed. However, preliminary experiments showed that its electrical power consumption was very high and optical isolation was low. This research project aims at introducing silicon photonic crystal waveguides into such an optical isolator. As slow light in such waveguides can enhance light-matter interaction, the interaction length and power consumption of such an active optical isolator can be significantly reduced. As such, higher optical isolation can be achieved at a normal electrical power consumption. The compact size and low power characteristics of the proposed isolator device will lift crucial barriers for isolators to be used in future large-scale silicon photonics integration. Furthermore, the physical mechanism research in this project can offer new perspectives on the basic science of slow light and the breaking of time-reversal symmetry.
硅基光子器件与CMOS工艺相兼容,可以以极低的成本制备并可大规模集成,近一步还可以与硅基微电子实现集成,因而可能在光互联,光通讯,光信号处理,和光传感等方面引起革命性的技术突破。CMOS兼容的光隔离器技术是硅基光子学领域的一个关键的器件研究方向。光隔离器具有单向通光的特性,在许多光学系统中是不可或缺的器件。现有较成熟的光隔离器技术采用的材料与CMOS加工技术不兼容。近来,CMOS兼容的硅基主动式(active)光隔离器构想被提出并受到了关注。但初步实验结果表明其功耗较高,光隔离度较低。本项目希望在硅基主动式光隔离器引入光子晶体波导,利用慢光效应对光与物质作用的增强效应,缩短器件长度,降低功耗,以达到更高的光隔离度。这里的CMOS兼容光隔离器所具有小型化,低功耗的优点将为该器件在未来大规模光子集成中的应用扫清障碍。本项目的机理研究还可为慢光效应,时间反演对称性破缺等基础研究课题提供新的视角。
结项摘要
硅基光子器件与CMOS工艺相兼容,可以以极低的成本制备并可大规模集成,在光互连,光通讯,光信号处理和光传感等方面有广泛的应用潜力。CMOS兼容的光隔离器是硅基光子学领域的一个关键的器件研究方向。光隔离器基于光学非互易现象,常见CMOS兼容材料不具有光学非互易特性,因而现有较成熟的光隔离器技术采用的材料与CMOS加工技术不兼容。近来,CMOS兼容的硅基光隔离器构想被提出并受到了关注。本项目对基于光子晶体波导、微谐振腔的微纳结构的小型化光隔离器原理进行研究。设计了适用于主动式光隔离器的具有特定频差特性光子晶体波导结构。在光子晶体慢光波导热光移相器实验中验证了慢光增强效应,器件功耗降低约6倍;在100微米长的光子晶体波导调制器实验中,在8.5Gb/s~14Gb/s的调制速率下得到了较为清晰的眼图。对硅基微腔与耦合微腔结构的非线性特性进行了理论建模,通过硅基非对称Fabry-Perot腔和微环耦合,以及非线性效应,实现了简单、结构紧凑、功率可调的可反转硅基光学二极管。器件在2.05dBm的输入功率和-6.95dBm的输入功率下,分别实现了-15.38dB和30.88dB的非互易传输系数。此外,在高Q值微腔,可调Q微腔,石墨烯辅助微腔开关等方面取得进展,在并联双跑道谐振腔中实现了无外加数-模转换器(DAC-less)100Gb/s四电平(PAM-4)调制,在器件封装、混合集成、电光器件工艺偏差研究等方面取得了成果,这些结果为进一步全面提升微腔非互易器件的性能提供新思路和技术储备。
项目成果
期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
Towards High Extinction Ratio in Silicon Thermo-Optic Switches-Unravelling Complexity of Fabrication Variation
实现硅热光开关的高消光比——揭示制造变化的复杂性
- DOI:10.1109/jphot.2018.2857700
- 发表时间:2018
- 期刊:IEEE Photonics Journal
- 影响因子:2.4
- 作者:Zhu Rui;Zhou Xin;Yang Nan;Leng Lemeng;Jiang Wei
- 通讯作者:Jiang Wei
Ultra-Broadband, Fabrication Tolerant Optical Coupler for Arbitrary Splitting Ratio Using Particle Swarm Optimization Algorithm
使用粒子群优化算法实现任意分光比的超宽带、可制造容差光耦合器
- DOI:10.1109/jphot.2020.3029059
- 发表时间:2020
- 期刊:IEEE Photonics Journal
- 影响因子:2.4
- 作者:Lemeng Leng;Minfeng Jin;Zhongzhi Lin;Chenbin Zhang;Ding Ding;Wei Jiang
- 通讯作者:Wei Jiang
Efficient and accurate synthesis of complex Bragg grating waveguide in dispersive silicon structures
色散硅结构中复杂布拉格光栅波导的高效准确合成
- DOI:10.1364/josab.35.001921
- 发表时间:2018
- 期刊:Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics
- 影响因子:1.9
- 作者:Feng Chenghao;Soref Richard;Chen Ray T.;Xu Xiaochuan;Jiang Wei
- 通讯作者:Jiang Wei
Photon Storage in a Dynamic Two-Ring-Two-Bus System
动态二环二总线系统中的光子存储
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:Optics and Photonics Journal
- 影响因子:--
- 作者:Zhifang Guo;Qingzhong Huang
- 通讯作者:Qingzhong Huang
Waveguide Superlattice-Based Optical Phased Array
基于波导超晶格的光学相控阵
- DOI:10.1103/physrevapplied.15.014019
- 发表时间:2021
- 期刊:Physical Review Applied
- 影响因子:4.6
- 作者:Le-Meng Leng;Yue Shao;Pei-Yan Zhao;Guang-Fan Tao;Shi-Ning Zhu;Wei Jiang
- 通讯作者:Wei Jiang
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