基于标准CMOS的低压高效正向注入型Si-LED阵列研究

基于标准CMOS工艺的n⁺源/漏区和p-sub,设计 了一种楔形n^+pn+ 结构的硅基发光二极管(Si-LED)阵列,并经UMC 0.18μm 1P6M CMO S工艺制备。 测试结果表明, 设计的Si-LED 在 0.9~1.5V范围内正常工作,与CMOS电路的电源电压兼容,其发光 峰值波长在1100nm附近;注 入电流为390mA时,器件的发光功率可达1800nW,平均功率转换效率为3.5×10－6 。由于工作电压低、发光功率高,设计的LED器件有望在光互连领域得到广泛应用。     

Si基单片集成850nm光接收芯片研究

设计并制备了一种Si基单片集成850nm光接收芯片,包括"P+/N-EPI/BN+"结构的光电探测器(PD)、跨阻前置放大电路及其后续处理电路。分析了PD的结构,并对其光谱响应及频率响应进行模拟,在2.0V偏压下,PD在850nm的响应度为0.131A/W,截止频率为400 MHz。采用0.5μm BCD(bipolar、CMOS和DMOS)工艺流片,光接收芯片面积约为900μm×1 100μm。测试结果表明,PD暗电流为pA量级,响应度为0.12A/W。光接收芯片在155 Mb/s速率及误码率(BER)小于10-9情况下,灵敏度为-12.0dBm;在622 Mb/s速率及BER小于10-9情况下,灵敏度为-10.0dBm,并能得到清晰的眼图。将该光接收芯片封装后接入光接收模块,进行点对点光互联实验,获得很好的光信号通路。     

用于塑料光纤通信的Si基单片集成光接收芯片的研制

设计并用低成本的0.5μm BCD(biplor,CMOS and DMOS)工艺实现了用于650nm塑料光纤(POF)通 信 的Si基单片集成光接收芯片,其中包含了与标准工艺兼容的大面积的叉指状的PIN结构的光 电探测器(PD)、跨阻放大器(TIA)以及后端放大器(PA)。采用NI公司的图形化编程软件LabVIEW和硬 件PXI并结合光 学调整平台的测试方案对流片后的光接收芯片进行测试,结果表明,PD的暗电流为pA量级, 响应度为0.25A/W,电容为4.4pF;对650nm的入射光,在180Mbit/s速率的伪随机二进制 序列(PRBS)以 及小于10－9的误码率(BER)条件下,测得光接收芯 片的灵敏度为－14.6dBm,并能得到清晰的 眼图,包括200μm×200μm的PD在内总的芯 片面积0.9mm²,5V的电源下功耗为60mW 。     

高速12路并行CMOS单片光电集成接收机设计与实现

设计并实现了一个高速12路并行CMOS单片光电集成接收机.其每一路都包括一个光探测器、一个跨阻放大器以及后续放大电路.双光电二极管(DPD)结构可以提高接收机速度,但同时降低了响应度.在跨阻放大器电路中采用有源电感来展宽-3dB带宽.通过无锡上华(CSMC)0.6μm CMOS工艺流片并对芯片进行了测试.测试结果显示该接收机单路传输比特率可达0.8～1.4 Gb/s,总的12路可传输15Gb/s数据.     

高速12路并行CMOS单片光电集成接收机设计与实现

设计并实现了一个高速12路并行CMOS单片光电集成接收机.其每一路都包括一个光探测器、一个跨阻放大器以及后续放大电路.双光电二极管(DPD)结构可以提高接收机速度,但同时降低了响应度.在跨阻放大器电路中采用有源电感来展宽-3dB带宽.通过无锡上华(CSMC)0.6μm CMOS工艺流片并对芯片进行了测试.测试结果显示该接收机单路传输比特率可达0.8～1.4 Gb/s,总的12路可传输15Gb/s数据.     

1Gb/s CMOS调节型共源共栅光接收机

基于特许0.35μm EEPROM CMOS标准工艺设计了一种单片集成光接收机芯片,集成了双光电探测器(DPD)、调节型共源共栅(RGC)跨阻前置放大器(TIA)、三级限幅放大器(LA,limiting amplifier)和输出电路,其中RGCTIA能够隔离光电二极管的电容影响,并可以有效地扩展光接收机的带宽。测试结果表明,光接收机的3dB带宽为821MHz,在误码率为10-9、灵敏度为-11dBm的条件下,光接收机的数据传输速率达到了1Gb/s;在3.3V电压下工作,芯片的功耗为54mW。     

用于生物荧光检测的高灵敏CMOS双结深光电传感器设计

基于标准CMOS工艺,可实现单结深光电二极管传感器(p+/n-well、n-well/p-sub和n+/p-sub)和双结深光电二极管传感器(p+/n-well/p-sub)。建立了双结深光电二极管传感器的光电响应数学模型,仿真了四种结构的光敏响应。采用上华0.5μm CMOS工艺实现了p+/nwell和p+/n-well/p-sub两种结构,传感面积为100μm×100μm。p+/n-well型结构在400nm波长,60lux光强下光电流为1.55nA,暗电流为13pA,p+/n-well/p-sub型结构在同等条件下光电流为2.15nA,暗电流为11pA。测试表明,设计的双结深光电传感器具有更高的灵敏度,可用于微弱的生物荧光信号检测。     

一种用于北斗导航接收机的全集成差分LNA

基于SMIC 180 nm CMOS工艺,设计了一款用于北斗导航接收机射频前端的低噪声放大器。在该低噪声放大器中,所有电感均为片上实现,提高了集成度;采用差分结构,提升了共模噪声抑制能力。LNA的输入和输出均为50 Ω标准阻抗匹配。测试结果表明,当频率为1.27 GHz时,该LNA的功率增益为15 dB,噪声系数(NF)为2.3 dB,1dB压缩点(P1dB)为－6 dBm。差分电路单路功耗为25 mW,芯片面积为1.2 mm²。     

CMOS兼容光电单片接收机的模拟与设计

设计了与CMOS工艺兼容的光电单片接收机电路,其中包括光电探测器、前置放大器和主放大器.它采用0.6μm CMOS工艺,可在自备的高阻外延片上使用MPW(multi-project wafer)进行流水.其中光电探测器的工作波长为850nm,响应度为0.2A/W,接收灵敏度为-16dBm,带宽为800MHz,因此适用于VSR(very short reach)系统.前置放大器采用电流模反馈放大器,主放大器输出为LVDS(low voltage differential signals)电平.通过器件模拟与电路模拟统一的方法将光电探测器与接收机放大电路进行统一模拟,分析了电路的限制因素,并提出了相应的改进方法.     

基于标准BiCMOS工艺的1.5Gbit/s调节型共源共栅光接收机

基于IBM 0.18μm SiGe Bi CMOS标准工艺设计实现了一种高速、低功耗的光接收机前端模拟电 路。接收机芯片包括调节型共源共栅 (RGC) 跨阻放大器(TIA)、四级限幅放大器(LA)和 输出缓冲 电路(buffer)。采用高跨导SiGe异质结双极晶体管(HBT)作为输入级的RGC TIA有效隔离了 探测器结电容和输入寄生电容的影响,更好地拓展了光接收机的带宽。仿真结果表明,在1.8V电源电 压供电下,驱动50Ω电阻和10pF电容负载时 ,光接收机前端的跨阻增益为76.67dB带宽为2.1GHz 。 测试结果表明,光接收机前端电路的－3dB带宽为1.2GHz,跨阻增 益为72.2dB,在误码率(BER)为10－9的条件 下,光接收机实现了1.5Gbit/s的数据传输速率。在1. 8V电源电压 下,芯片功耗仅为44mW,芯片总面积为800 μm×370μm。     

SOA的增益响应特性及其对TOAD解复用器开关窗口的影响

通过数值求解半导体光放大器的增益动力主程,研究了ＳＯＡ的增益响应特性及ｚ光学非对称解复用器开关窗口的影响。     

速率超限条件下的光码分多址实验研究

在2个发送用户和1个接收用户的条件下,利用光纤布拉格光栅(FBG)阵列对每个用户在波长和时间上进行二维编解码,对传输速率在20Mb／s～1．4Gb／s以及其内的不同比特率归零伪随机码的二维编解码光码分多址(OCDMA)通信系统及其经过25km光纤传输后的情况进行了实验研究。研究表明,当系统用户数较少时,系统的传输速率超出理论公式的限制后,对系统的性能影响很小。因此,对于用户数很少的OCDMA系统,可以适当增加系统的传输速率,更加充分地利用系统的资源。     

基于半导体光放大器的光单稳态触发器

为实现全光缓存中的光读写控制和光逻辑判断,提出并实验验证了一种基于半导体光放大器(SOA)双环结构的全光单稳态触发器。此触发器的稳态与非稳态激射不同的光波长,状态间静态消光比超过40 dB,切换时间仅仅为1-2个环腔周期,控制信号光波长范围大。通过减小环腔长度可进一步减小两状态之间切换时间,并可作为光缓存的控制单元。     

基于GI-POF实现宽带FTTx的WDM-GPON技术

介绍了光接入网和GPON技术,以及氟化梯度折射率聚合物光纤(PF-GI-POF)的特性,提出了基于PF-GI-POF实现宽带FTTx的WDM-GPON技术初步方案。     

OCDMA系统中新型正交码的设计及性能研究

为了得到性能较为良好的正交码,采用没有重复数字的全间隔集,进行了地址码的设计和系统仿真验证,设计出的正交码具有理想的相关性和灵活的码字容量。分析整个系统,在考虑各种噪声和多址干扰的影响下,推导出正交码的误比特率公式。自行设计并搭建了采用光纤延时线作为编解码器的异步光码多分址系统。结果表明,该正交码能够适应更多用户的需求,通过误比特率公式计算和系统仿真得到的结果都较为理想,此研究对需要大容量的光码多分址系统的进一步发展具有一定的帮助。     

无线光通信系统中佛克脱原子滤光器技术研究

首次将新型佛克脱原子滤光器（VADOF）用于无线光通信,该系统既可用于地面光通信,也可用于卫星光通信系统。系统发射端采用光反馈、电扫描方案,将半导体激光频率锁定在VADOF透射峰,接收端采用原子滤光器窄带滤光技术。实验表明,发射频率与接收原子滤光器匹配很好。     

基于半导体光放大器的组播实验研究

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的组播实验方案,首先利用谱展宽和谱切片得到多波长脉冲源,将其作为探测光并与信号光共同注入到SOA中,利用SOA的交叉增益调制(XGM)效应,信号光与每一个波长的脉冲光发生作用,在SOA输出端通过可调光带通滤波器(TBDF)得到每一波长的变换后信号,实现光信号的组播过程。在实验中,10 Gb/s的归零(RZ)码作为信号光,而由多波长脉冲源产生的4波长脉冲光作为探测光,在探测光波长附近分别得到了与编码信号光逻辑取"非"的信号。     

基于级联相位调制器和光衰减器的光频梳产生研究

提出了一种基于级联相位调制器和光衰减器的光 频梳产生方案,建立了方案的理论模型并进行了 系统验证,研究了射频(radio frequency,RF) 信号幅度和光衰减器衰减系数对光频梳平坦度的影响。结果表明数值 计算与实验 结果一致性较好,通过调整RF驱动信号幅度和光衰减器衰减系数可产生梳线数量为15条、平坦度为 0.8 dB,边模抑制比(side-mode suppression ratio,SMSR) 为5.05 dB的光频梳。方 案中引入滤波器后,在梳线数量保持不变的前 提下,其平坦度和SMSR可分别提高62.5%和61.4%。     

基于光相位锁定的载波可变光的毫米波产生技术

提出和实现了一种新型适用于光/无线混合接入的光子载微波产生方案.该方案利用直接调制分布反馈式半导体激光器可以产生宽谱信号的特点,将较低频率正弦信号直接调制半导体激光器,在半导体激光器中进行频谱展宽,然后把宽谱信号注入到多个半导体激光器中进行相位锁定从而作为相干锁定光源.用上述光源在不同波长加载不同信号进行传输,在接收端使用不同通带特性的光学滤波器对信号进行处理,可以选择接收基带信号、光子微波时钟信号、上行光源或不同载波频率的光子微波调制信号.作为验证,分别完成了2.5 Gbps基带信号、20 GHz和40 GHz光副载波调制信号的产生与接收.因为受限于试验条件,只进行了原理验证,但该系统理论上可集成波导设计,无需高频调制器件,并可生成更高载频光子微波信号,有利于未来的光/无线混合接入和超密集波分复用系统.     

基于改进型头部丢弃的光突发竞争解决方案

为了避免"部分丢弃"策略两个固有缺陷(即"虚假竞争"和"过量丢弃")的影响,并最大限度地为上层应用提供有区分的承载服务,在加权型突发装配机制、QoS化偏移时间设置的基础上,提出了一种改进型头部丢弃方案.它能按照突发优先级的高低和截断突发相对长度的大小有选择性地丢弃突发头部或整个突发.与其他策略相比,该方案在合适的头部丢弃门限下,其优势较突出:一方面总分组丢失概率有所改善;另一方面具有一定的QoS保障能力,能为不同类别的分组提供有区分的传输服务.