基于硅基微机械谐振器的低功耗集成光环行器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61805215
  • 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:
    F0502.光子与光电子器件
  • 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

Integrated optical circulators are key components in optical communication chips. In these devices, optical signals could be transmitted in a strict circular order while be blocked in the opposite order. Therefore, the integrated circulators could effectively ensure the transmission order and stability of optical signals, which have broad application prospects and great demands in the next generation optical communication networks. In order to solve the crucial challenges and physical problems in terms of high power consumption and narrow bandwidth, we make deep investigations on the opto-mechanical effect in silicon mechanical and free-hanging microring resonators (MRRs) and optimize the optical circulator model based on the free-hanging MRRs. Therefore, the power consumption of the optical circulator could be largely reduced. On the other hand, the tuning range of electrode is designed to be larger than the free spectral range of the MRR to effectively utilize multiple resonances and break the bandwidth limit. In this case, the working bandwidth of the circulator could be greatly expanded. Especially, we focus on the optimization of the optical force in the free-hanging microring resonator and enhancement of electrode modulation efficiency. The general target is to realize integrated optical circulators of low power consumption (<1mW), wide bandwidth (>30nm) and high isolation (>40dB). The research results of this project could provide an innovative solution and effective scheme for on-chip signal circular transmission with low power consumption and wide bandwidth, which have important scientific significance for silicon photonic chips to be applied in 5G technology and so on.
集成光环行器是光通信芯片中的关键元件,它能够严格控制信号按照特定的环路依次传输而禁止反向传输,从而有力地保障了传输信号的有序性和稳定性,在下一代光通信网络中有着广阔的应用前景和市场需求。针对集成光环行器功耗高和带宽窄等难点和关键物理问题,本项目通过深入研究硅基机械悬空微环中的光力效应机理,接着以悬空微环为基本单元优化光环行器模型,从而大幅度地降低光环行器的功耗;同时,设计电极的调谐范围大于微环的自由频谱范围,高效地利用了微环的多个谐振波长,从而突破了谐振器应用于光环行器领域的窄带宽限制,极大地扩展了环行器的工作带宽。本项目重点解决悬空微环中光力优化和热电极调制效率增强的问题,最终实现低功耗(<1mW)、大工作带宽(>30nm)和高隔离度(>40dB)的集成光环行器,为光信号在集成芯片上进行低功耗和宽带环路传输提供新思路和有效方法,对促进硅光子芯片实际应用于5G等技术具有重要的科学意义。

结项摘要

集成光环形器能够严格控制信号按照特定的环路依次传输而禁止反向传输,是构建片上全光网络的核心元件,有力地保障了光通信芯片上传输信号的有序性和稳定性,有着广阔的应用前景和市场需求。国际上报道的大多数集成光环行器方案功耗比较高而且工作带宽较窄,并且器件结构的端口数目难以扩展。本项目针对集成光环行器中的难点和关键物理问题,从理论分析、器件设计和工艺制作、测试验证三方面出发,提出并制作了硅基集成片上光环形器。建立了悬空微环实现非对称光传输的理论模型,解决了光环形器功耗高的问题;以实现最强的光力效应为目标,优化了悬空微环的各项结构参数,提升了光环形器的隔离度等性能;设计了以悬空微环为基本单元的光环行器整体模型,实现了宽带传输且端口数可扩展的光环形器。通过微纳器件加工,实际制作了多端口的集成光环形器,在低功耗条件下实现了高隔离度。在理论和方法上实现一定程度创新,良好地完成了研究目标。设计的集成光环形器功耗低、隔离度高、结构可扩展、制作成本低,为集成芯片上光信号的低功耗和宽带环路传输提供了有效解决方案,在光通信芯片和微波光子芯片中有着重要的科学意义和应用。在该项目的资助下,共发表影响因子大于2的SCI论文17篇(其中15篇为第一作者或者通讯作者),申请国家发明专利6项(已授权1项),培养硕士研究生6名,其中已毕业3名。项目结题成果整体上超过预期研究目标。

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(0)
专利数量(6)
Silicon Optical Diode Based on Cascaded Opto-Mechanical Microring Resonators
基于级联光机械微环谐振器的硅光二极管
  • DOI:
    10.1109/lpt.2020.3006068
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    IEEE Photonics Technology Letters
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Liu Li;Ye Mengyuan;Liao Shasha;Xue Wei
  • 通讯作者:
    Xue Wei
On-Chip All-Optical Tunable Filter With High Tuning Efficiency
具有高调谐效率的片上全光可调谐滤波器
  • DOI:
    10.1109/jphot.2020.2979246
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Photonics Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Miaomiao Chen;Li Liu;Linghuan Xu;Mengyuan Ye;Xing Jin;Zhihua Yu
  • 通讯作者:
    Zhihua Yu
Photonic Approach for Microwave Frequency Measurement Using a Silicon Microring Resonator
使用硅微环谐振器进行微波频率测量的光子方法
  • DOI:
    10.1109/lpt.2018.2886894
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    IEEE Photonics Technology Letters
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Li Liu;Wei Xue;Jin Yue
  • 通讯作者:
    Jin Yue
Remote Sensing Scene Classification Based on Multi-Structure Deep Features Fusion
基于多结构深度特征融合的遥感场景分类
  • DOI:
    10.1109/access.2020.2968771
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xue Wei;Dai Xiangyang;Liu Li
  • 通讯作者:
    Liu Li
Integrated Optical Power Splitter With Continuously Adjustable Power Splitting Ratio
具有连续可调功率分配比的集成光功率分配器
  • DOI:
    10.1109/jphot.2020.3038379
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Photonics Journal
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Liao Shasha;Bao Hang;Zhang Tiantian;Liu Jiwei;Liao Xi;Liu Li
  • 通讯作者:
    Liu Li

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其他文献

果蝇成蝇脑原位杂交实验方案
  • DOI:
    10.21769/bioprotoc.1010248
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Bio-101
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李美霞;温省云;许孟博;崔名扬;刘力
  • 通讯作者:
    刘力
激光加工微孔质量的研究
  • DOI:
    10.3788/lop202158.1900002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张云龙;孙树峰;王茜;张丰云;刘力;刘世光
  • 通讯作者:
    刘世光
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  • DOI:
    10.11958/20193827
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    天津医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高婧雅;张骊;谢炎;郭庆军;田大治;李俊杰;蒋文涛;刘力
  • 通讯作者:
    刘力
“心理科学与文化建设”研讨会发言纪要
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建新;罗非;钱铭怡;孙健敏;武国城;许燕;杨宜音;张平;刘正奎;杨玉芳;赵国秋;车宏生;丛中;樊富珉;方平;韩布新;刘力
  • 通讯作者:
    刘力
基于fMRI技术对针刺作用机制的研究展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中医药信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘力;李晓陵;王丰;赵桂君;曹丹娜
  • 通讯作者:
    曹丹娜

其他文献

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刘力的其他基金

基于机器学习的超窄带集成微波光子滤波器及其高分辨率传感应用研究
  • 批准号:
    62175220
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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