微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制. 一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构，腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列，从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为 3～4nm. 从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强. 微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面：共振模式的增强和非共振模式的抑制. 硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强，非共振模式的辐射跃迁被抑制，因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道，导致光致发光谱的窄化和强度的增强. 因此，在提高硅材料发光效率方面，光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

硅基集成光电子器件的新进展

综述了硅基微纳激光器、调制器、探测器及光传输控制器件的最新研究进展.重点阐述了表面等离子体、量子阱、光子晶体及纳米光栅等新型结构在提高器件综合性能和降低器件尺寸方面的重大作用.同时,还展示了用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,实现硅基光子器件和电子器件在同一基片上微纳集成的巨大前景.     

硅基光电子工艺中集成锗探测器的工艺挑战与解决方法

<正>锗探测器是硅基光电子芯片中实现光电信号转化的核心器件。在硅基光电子芯片工艺中实现异质单片集成高性能锗探测器工艺，是光模块等硅基光电子产品实现小体积、低成本和易制造的优先选择。本文讨论了硅基光电子芯片集成锗探测器在实际工艺中遇到的挑战和解决思路。硅基光电子芯片集成锗探测器主要挑战在于热预算兼容、金属污染防控及工艺结构的匹配三个方面。     

中红外量子级联激光器的光子集成（特邀）

中红外光子集成芯片在环保监测、医疗诊断和国防安全等领域具有广泛的应用前景,但激光光源与无源波导光路的片上集成仍是中红外集成光学需要攻克的关键难题之一。量子级联激光器（QCL）是中红外波段的重要半导体激光光源,文中介绍了近几年中红外QCL在光子集成方面的研究进展,包括InP基单片集成、硅基单片集成、硅基异质键合集成和III-V/锗混合外腔激光器。     

技术动态

中美联手设计出新型硅基光子芯片中国南京大学和美国加州理工学院研究人员在英国《自然·材料》杂志网络版上发表论文称,他们设计出一种新型硅基光子芯片,初步实现了光的单向无反射传输,拓展了光子晶体及传统超构材料的研究领域,为经典光系统中探索和发展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。     

玻璃球形微腔中量子点发光行为研究

制备出了尺寸在μm量级的球形玻璃微腔,在球形微腔中嵌入了CdSeS半导体纳米团簇结构,用一束激光激发单个微球时,球形微腔中CdSeS量子点的发光通过全内反射实现了球形回音壁模式的腔模共振,实现了受限电子态和光子态的耦合。     

硅基法布里-珀罗微腔的室温发光

提出了一种新型基于法布里-珀罗(F-P)微腔的发光器件结构.它采用PECVD方法制备的非晶硅/二氧化硅结构作为微腔中的布拉格反射腔,非晶碳化硅薄膜作为中间光发射层,通过对一维方向光子的限制,使发光层荧光强度增强,谱线变窄.通过调节发光层和反射腔膜厚及折射率,可以精确控制发光峰位.实验结果证明该结构可望实现全硅基材料的强室温可见光发射.     

光学微腔的应用和发展前景

随着激光技术的不断发展,高Q值光学微腔受到广泛关注,其应用领域不仅局限于传统光学,在量子信息和集成量子芯片方面更是有广阔的应用前景。简要分析了两种不同类型光学微腔(回音壁模式光学微腔和光子晶体缺陷腔)的原理、发展历程以及相对于传统光学谐振腔的优势。同时数值模拟出了不同结构光学微腔的模式分布。基于其特殊优势,介绍回音壁模式光学微腔在激光技术、生物探测以及量子物理领域的重要应用,并且预测光子晶体微腔将在集成光学、微电子技术等领域具有巨大的发展前景。     

硅基法布里-珀罗微腔的室温发光

提出了一种新型基于法布里 -珀罗 (F- P)微腔的发光器件结构 .它采用 PECVD方法制备的非晶硅 /二氧化硅结构作为微腔中的布拉格反射腔 ,非晶碳化硅薄膜作为中间光发射层 ,通过对一维方向光子的限制 ,使发光层荧光强度增强 ,谱线变窄 .通过调节发光层和反射腔膜厚及折射率 ,可以精确控制发光峰位 .实验结果证明该结构可望实现全硅基材料的强室温可见光发射 .     

硅基法布里—珀罗微腔的室温发光

提出了一种新型基于法布里 -珀罗 (F- P)微腔的发光器件结构 .它采用 PECVD方法制备的非晶硅 /二氧化硅结构作为微腔中的布拉格反射腔 ,非晶碳化硅薄膜作为中间光发射层 ,通过对一维方向光子的限制 ,使发光层荧光强度增强 ,谱线变窄 .通过调节发光层和反射腔膜厚及折射率 ,可以精确控制发光峰位 .实验结果证明该结构可望实现全硅基材料的强室温可见光发射 .     

智能硅基多维复用与处理芯片

全面综述了硅基光子单一维度和多个维度的复用与处理,梳理了智能硅基光子集成器件的发展过程。智能硅基多维复用与处理芯片能充分开发和利用光子多维度资源,并能结合硅基光子集成芯片的优势,有望为解决光通信新容量危机和新能耗危机提供核心光电子支撑技术和芯片,从而为实现光通信可持续发展和其他相关应用提供潜在芯片级集成化解决方案。     

光子晶体GaN LED与量子点的共振能量转移

正设计并研制了光子晶体结构GaN LED,实现了光子晶体GaN LED提取效率的提高及其到胶体量子点的共振能量转移,能量转移效率达到79.50%。设计了光子晶体GaN LED器件结构,利用光刻、感应耦合等离子体刻蚀等工艺研制了光子晶体GaN LED器件,制作的光子晶体区域边缘光滑,满足实验的要求。采用积分球收集LED发光来测试LED的P-I-V曲线,测试了在p-GaN上刻蚀光子晶体的LED在不同电流下输出功率与晶格常数、占空比的关系。研究发现:50 mA驱动电流下,晶格常数为14μm、半径与晶格常数比为0.25的光子晶体GaN LED输出功率比无光子晶体GaN LED提高21%以上。该研究对实现高效率胶体量子点电注入发光器件具有借鉴价值。     

中美联手设计出新型硅基光子芯片

中国南京大学和美国加州理工学院研究人员在英国《自然·材料》杂志网络版上发表论文称,他们设计出一种新型硅基光子芯片,初步实现了光的单向无反射传输,拓展了光子晶体及传统超构材料的研究领域,为经典光系统中探索和发展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。     

硅基量子点的制备及其发光特性

硅基光电子学无疑是今后光电子学发展的方向，这就要求硅基材料能够满足发光器件的要求，从而达到光电集成的目的。因为硅体具有非直接带隙的特点，共发光效率低，所以利用硅基低维量子结构，尤其是量子点结构提高硅基材料的发光性能一直是国内外本领域的一个研究特点。本文对近年来硅基量子点的制备及发光特性研究所取得的进展和结果进行了总结和评述，并对今后的发展提出了看法。     

蝶形纳米天线调控的超高品质光子-等离激元混合微腔

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6(λ/n)³和10⁸(λ/n)^-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×10⁸(λ/n)^-3，优于其他类型的微腔。     

锗基InAs量子点激光器的腔面失效及再生的研究

围绕锗基InAs量子点激光器,开展了激光器腔面失效及再生的研究.研究并分析了灾变性光学镜面损伤产生的机理及其对激光器腔面的影响,开展了腔面再生研究,发展了一套创新性的腔面再生工艺并实现了失效的锗基InAs量子点激光器的再生.根据锗基InAs量子点激光器材料结构设计腐蚀工艺,通过选择性腐蚀在激光器腔面制备出悬臂结构,采用细针解理使悬臂结构自然解理,获得新的激光器谐振腔面,失效激光器重新工作.对比了激光器失效前和再生后的工作性能,结果表明因灾变性光学镜面损伤而失效的锗基InAs量子点激光器获得全新的谐振腔面,锗基激光器器件性能和失效前相当.     

光子晶体双波长电光调制和模分复用集成器件

为了实现光电子器件小型化和多功能化,进一步提高信息传输容量和速度,提出了一种基于光子晶体双波长电光调制和模分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制模块由硅基光子晶体波导和两个L3型复合腔组成,模分复用模块由硅基非对称平行纳米线波导组成,两个模块的连接处采用硅基光子晶体波导。采用L3型复合腔和PN掺杂结构实现两个波长TE₀模的调制,采用非对称定向耦合结构将两个波长的TE₀模转换为TE₁模。应用基于三维时域有限差分法（3D-Finite Difference Time Domain,3D-FDTD）的Lumerical软件进行仿真分析,结果表明,在调制电压为1.05 V时,该集成器件可以实现中心波长为1 552.1 nm和1 556.1 nm的 TE₀模、TE₁模通断调制及两模式模分复用功能。该器件的消光比高达24.67 dB,调制深度均为0.99,插入损耗小于0.57 dB,信道串扰小于?34.68 dB,调制速率最低为17.54 GHz。该集成器件结构紧凑,可望应用于高速大容量光通信系统。     

面向可见光通信的硅基InGaN/GaN多量子阱波导定向耦合器光子集成芯片

利用可见光信号作为新型信息载体的光通信技术近些年来得到长足发展,为了开发新一代光子集成芯片作为可见光通信网络的终端器件,满足可见光信号发射、接收、传输与处理的复合需求,该文基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料,设计了一种集成可见光波段微型发光二极管(LED)光源、波导定向耦合器、微型光电探测器于一体的光子集成芯片。该芯片利用InGaN/GaN多量子阱材料的发光探测共存现象,实现了上述复合功能。微型LED光源作为发射端,可以发射出蓝色波段的可见光信号,其发光强度受到注入电流的线性调制,可实现调幅可见光通信,适合作为可见光通信的发射端。微型LED光源发射的可见光信号传输进入波导定向耦合器,实现了片内有效传输耦合和光功率平均分配。经过耦合传输的可见光信号进入微型光电探测器,可以监测到与耦合传输的光信号强度相匹配的光电流。最后,可见光通信测试也表明该芯片可实现有效的可见光通信。该研究为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。