基于掩埋隧道结与亚波长光栅的晶体管型VCSEL的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804159
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2208.光学材料与器件物理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The ever-increasing demand for broadband capacity of short-reach optical communication networks, high frequency and wideband operation of microwave photonic systems puts enormous requirements on the semiconductor laser used in the optical transmitter such as the VCSELs. It has proven extremely difficult to push the modulation bandwidth of VCSELs beyond current record and radically new device concepts are demanded to meet the upcoming needs in the applications of optical communication, interconnection and microwave photonics. This project aims for the development of a novel semiconductor transmitter, which is referred to as a T-VCSEL, and will involve all elements of the development from design through fabrication to extensive device characterizations, in particular the effect of modulation bandwidth enhancement. The theoretical model of carrier dynamics will be established in accordance to the new features of a buried tunnel junction (BTJ) and a high-index-contrast subwavelength grating (HCG) incorporated as the confinement scheme and reflection mirror, respectively. Based on the device optimization study, the influences of different mesa structures, doping and intracavity contacting schemes will be evaluated. The proposed T-VCSELs will be fabricated making use of an epitaxial regrowth technology and fully characterized. It will be concluded by the implementation of this project how T-VCSELs exhibit singlemode emission with the polarization control ability and how T-VCSELs have bandwidth surpassing those of conventional diode-type VCSELs. In addition, the unique characteristics of a T-VCSEL such as three-terminal configuration offer microwave photonics applications which is not possible with a conventional VCSEL. The T-VCSELs will be explored to generate signal mixing and frequency multiplication, on the other hand, the collector output voltage can be used as a direct feedback signal (with no need for optical-to-electrical conversion) to enhance the linearity of the device. In conclusion, this project proposal deals with the design, fabrication and analysis of a GaAs-based T-VCSEL with BTJ confinement scheme and HCG reflector, a device previously not realized or investigated in great detail, in order to pave the road for various applications.
以垂直腔面发射激光器(VCSEL)为代表的传统半导体激光器存在直调带宽提升能力有限 、功能单一等关键问题,严重制约了其在下一代高速光通信、光互连以及微波光子系统中的应用。本项目以新型晶体管垂直腔面发射激光器(T-VCSEL)为研究对象,对其光电信号输出特性规律以及调制带宽增强机理进行深入的理论与实验研究。拟建立基于掩埋隧道结与亚波长光栅的GaAs基p-n-p型T-VCSEL器件的载流子动力学模型,阐明不同器件结构、工作状态和工作模式对其光电输出特性的影响;研究器件加工制作和性能表征的方法,验证理论模型对器件调制带宽增强条件的预测;研究器件的自反馈控制及其在线性微波光子链路及微波光子混频中的应用;探索在提升调制带宽的同时实现偏振态可控的高功率单模输出光特性的优化方法。本项目将有效提升T-VCSEL的调制带宽,改善其输出光特性,拓展其功能,为其在高速光通信、光互连及微波光子系统的应用奠定基础。

结项摘要

以垂直腔面发射激光器(VCSEL)为代表的传统半导体激光器存在直调带宽提升能力有限 、功能单一等关键问题,严重制约了其在下一代高速光通信、光互连以及微波光子系统中的应用。本项目以新型晶体管垂直腔面发射激光器(T-VCSEL)为研究对象,对其光电信号输出特性规律以及调制带宽增强机理进行深入的理论与实验研究。完成了基于掩埋隧道结与亚波长光栅的GaAs基p-n-p型T-VCSEL器件的结构设计和工艺方案开发;基于国产光芯片工艺平台成功研制了高性能直调VCSEL芯片,并通过性能测试成功验证了掩埋隧道结对于激光器芯片直调带宽的提升作用。本项目有效提升了VCSEL的调制带宽,改善其高速眼图的光特性,为高速激光器芯片的国产化和T-VCSEL的制备奠定了了基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Photonics-based Simultaneous Angle of Arrival and Frequency Measurement System with Multiple-Target Detection Capability
具有多目标检测能力的基于光子学的同步到达角和频率测量系统
  • DOI:
    10.1109/jlt.2021.3087526
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Lightwave Technology
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yue Yang;Cong Ma;Beichen Fan;Xiangchuan Wang;Fangzheng Zhang;Yu Xiang;Shilong Pan
  • 通讯作者:
    Shilong Pan
Microwave Photonic MIMO Radar for High-resolution Imaging
用于高分辨率成像的微波光子 MIMO 雷达
  • DOI:
    10.1109/jlt.2021.3070591
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Lightwave Technology
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Bindong Gao;Fangzheng Zhang;Guanqun Sun;Yu Xiang;Shilong Pan
  • 通讯作者:
    Shilong Pan
Photonics-based 3D radar imaging with CNN-assisted fast and noise-resistant image construction
基于光子学的 3D 雷达成像,具有 CNN 辅助的快速且抗噪声的图像构建
  • DOI:
    10.1364/oe.427889
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Guanqun Sun;Fangzheng Zhang;Bindong Gao;Yuewen Zhou;Yu Xiang;Shilong Pan
  • 通讯作者:
    Shilong Pan
Simultaneous Radar Detection and Frequency Measurement by Broadband Microwave Photonic Processing
通过宽带微波光子处理同时进行雷达探测和频率测量
  • DOI:
    10.1109/jlt.2020.2965113
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Journal of Lightwave Technology
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Shi Jingzhan;Zhang Fangzheng;De Ben;Pan Shilong
  • 通讯作者:
    Pan Shilong
Towards small target recognition with photonics-based high resolution radar range profiles (Editors' Pick)
利用基于光子学的高分辨率雷达距离剖面进行小目标识别
  • DOI:
    10.1364/oe.439610
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Jinhu Li;Fangzheng Zhang;Yu Xiang;Shilong Pan
  • 通讯作者:
    Shilong Pan

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其他文献

基于压缩感知和快速波叠加谱方法的近场声全息
  • DOI:
    10.16300/j.cnki.1000-3630.2021.03.020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    声学技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张阳;向宇;石梓玉;陆静;王玉江
  • 通讯作者:
    王玉江
羊毛角蛋白中巯基含量的测定及其应用
  • DOI:
    10.11896/cldb.20040075
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈光;袁久刚;向宇;范雪荣;王平;王强
  • 通讯作者:
    王强
A new rhodamine-based chemosen
一种新的基于罗丹明的化学传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    向宇;童爱军*
  • 通讯作者:
    童爱军*
周向加肋非圆柱壳谐振分析的一个新矩阵方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    应用数学和力学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    何锃;向宇;黄玉盈;邹时智
  • 通讯作者:
    邹时智
分析部分环状覆盖 PCLD 圆锥壳自由振动与阻尼特性的半解析法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    向宇;倪樵;黄玉盈;陆静
  • 通讯作者:
    陆静

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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