基于新型Hydex波导与微腔结构的片上全光逻辑门研究

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基本信息

  • 批准号:
    61475188
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

CMOS-compatible on-chip optical logic gate is a key element in all optical signal processing that used in long distance optical communications and photonic network-on-chip. Until now, most of CMOS-compatible logic gates are based on silicon waveguide, and performance of them is limited by TPA effect which arise s large nonlinear absorption loss. Therefore, developing new nonlinear platform is the key of good performance of logic gates. In this project, Hydex waveguide is used deal with the high nonlinear loss problem. Research results show that Hydex waveguide has high nonlinear effect, low linear and nonlinear loss, low dispersion with broadband flat dispersion curves. The objective of this project is realizing all optical logic AND and XOR gate for signal that faster than 10Gbps. There are two main advantages: 1) This is the first study of all-optical logic gate based on Hydex waveguide and micro-cavity, which can resolve the problem of high nonlinear loss in the silicon waveguide platform; 2) High-order ring cavity is used to increase the data rate of logic gate and lower the threshold. This project opens up a new direction for CMOS-compatible all optical logic gates. The study of logic gate based on Hydex structure not only has high academic value in on-chip nonlinear optics, but also has practical significance in optical signal processing in future photonic VLSI
CMOS工艺兼容的片上全光逻辑门是实现长距离光通信和片上光子网络全光信号处理的核心器件,然而目前广泛研究的基于硅波导材料的片上全光逻辑门却受限于双光子吸收(TPA)效应,非线性损耗较大。开发新型CMOS工艺兼容的片上非线性光学平台是实现更高性能全光逻辑门的关键。本课题拟采用Hydex波导结构(Nature Photonics, 7: 597, 2013)取代硅波导以解决其非线性吸收问题,以实现>10Gbps信号全光逻辑与门和异或门为目标,主要创新点为:1)首次利用Hydex波导实现全光逻辑门,有效解决材料非线性损耗问题;2)利用高阶微环形腔结构提高逻辑门信号速率同时降低阈值。本课题的研究开辟了CMOS兼容片上全光逻辑门新的研究方向,不仅对微结构中非线性光学领域具有重要的学术价值,同时也为未来全光信号处理提供基础器件支撑,具有更重要的应用价值.

结项摘要

CMOS工艺兼容的片上全光逻辑门是全光信号处理的核心器件,不仅在片上非线性光学领域具有重要的科学价值,同时是未来全光网络系统光信号处理和交换的有效解决手段,可以有效提升信息处理速率和效率,具有重要的学术意义和应用价值。本项目开展了基于新型高折射率差(Hydex)波导与微腔结构的片上全光逻辑门的理论和实验研究,发展建立了基于四波混频的片上逻辑门的理论模型,研究了基于高折射率差波导与微腔的全光逻辑门的关键单元技术;设计并制备了新型高折射率差波导与微腔,搭建了高精度微纳器件自动耦合测试平台,完成了高折射率差波导与微腔的性能测试;研究了基于高折射率差波导与微腔中高效宽带宽四波混频效应及时频域调控技术,并进行了实验验证,突破了光频梳和孤子晶体产生技术;实验研究了SiN微腔中的四波混频、三倍频和三阶和频效应,同时实现了红外与绿光频梳输出;理论研究了基于As2Se3波导中四波混频效应的宽带波长变换技术;理论研究了多光子吸收对微腔四波混频过程的影响,以及正色散区硅基波导中的四波混频效应;探索研究了片上模式转换、相位与振幅调控、自准直等新原理与新技术;实验验证了基于高折射率差波导与微腔的片上全光AND和XOR逻辑门技术。本项目的研究成果为片上全光逻辑门应用于全光网络等领域以及相关科学前沿、战略高技术与交叉学科的创新发展提供了关键理论和技术基础。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Mode Splitter Without Changing the Mode Order in SOI Waveguide
不改变 SOI 波导中模式阶数的模式分离器
  • DOI:
    10.1109/lpt.2016.2606496
  • 发表时间:
    2016-11-15
  • 期刊:
    IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Liao, Jianwen;Zhang, Lingxuan;Zhang, Wenfu
  • 通讯作者:
    Zhang, Wenfu
Broadband self-collimating phenomenon in a low-loss hybrid plasmonic photonic crystal
低损耗混合等离子体光子晶体中的宽带自准直现象
  • DOI:
    10.1364/ao.57.000829
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Zhang Lingxuan;Zhang Wenfu;Wang Guoxi;Li Zhongyu;Du Shujian;Wang Weiqiang;Wang Leiran;Sun Qibing;Zhao Wei
  • 通讯作者:
    Zhao Wei
Rapid generation of perfect vortex beam without side lobes
快速生成无旁瓣的完美涡旋光束
  • DOI:
    10.1142/s0217984918502895
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Modern Physics Letters B
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Li Siqi;Liu Mulong;Li Xingyi;Ge Zhiqiang;Zhang Lingxuan
  • 通讯作者:
    Zhang Lingxuan
Tunable Slow Light Based on Plasmon-Induced Transparency in Dual-Stub-Coupled Waveguide
双短截线耦合波导中基于等离激元诱导透明度的可调谐慢光
  • DOI:
    10.1109/lpt.2014.2362293
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Wang, Guoxi;Zhang, Wenfu;Liang, Jian
  • 通讯作者:
    Liang, Jian
Dispersion engineering of a As2Se3-based strip/slot hybrid waveguide for mid-infrared broadband wavelength conversion
用于中红外宽带波长转换的 As2Se3 基带/槽混合波导的色散工程
  • DOI:
    10.1142/s021798491650336x
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Modern Physics Letters B
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Hui Zhanqiang;Zhang Lingxuan;Wang Leiran;Zhang Wenfu
  • 通讯作者:
    Zhang Wenfu

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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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