可见光通信感知一体化芯片及关键技术

通信感知一体化是6G关键技术之一。氮化镓量子阱二极管的发射光谱和光探测谱存在重叠区,量子阱二极管光探测器能够吸收具有相同量子阱结构的光发射器件发出的短波长光子,生成光电流。该文基于该物理现象,研制同质集成光发射光接收器件的氮化镓光电子芯片,由于单个量子阱二极管芯片器件自身发光干扰导致感知外界光信号弱,但是收发分离芯片又存在效率低、紧凑性弱、鲁棒性差等问题,将具有相同量子阱结构的量子阱二极管器件制备在同一块芯片上,分别作为发光和接收器件,构建自由空间逆向光通信系统,探索可见光通信感知一体化芯片及关键技术。     

可见光无线传能通信一体化芯片

为了解决水下环境中物联网感知终端的能源供给难题，利用氮化镓量子阱二极管的多功能光电特性，采用兼容的制造工艺，在同一块氮化镓芯片上集成能源、照明、通信和感知等器件，在器件之间实现互联，制备出氮化镓能源通信感知一体化芯片，并对该芯片进行了可见光无线传能和通信实验。实验结果表明：该芯片能够吸收外界的光脉冲信号并产生稳定的信号输出，且信号发射速率能够达到1 Mb/s，具有中继通信的潜力；在水下环境中该芯片也能实现能源的采集与信号通信。     

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。     

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体量子阱光调制器

利用Ⅲ-V族化合物半导体量子阱材料的量子限制Stark效应制作的电吸收型光调制器具有调制电压低,调制速度快、器件尺寸小、结构简单并易于同半导体激光器集成等优点,适于进行高性能、高速度的信息编码和处理,在光通信、光计算和光互联中具有广泛的应用前景。本文以光通信为主要应用背景,论述了量子阱调制器的开关比和调制电压、插入损耗、调制带宽、频率啁啾等各项技术指标,指出了量子阱调制器存在的工作波长范围窄和饱和吸收等主要问题并讨论了可能的解决途径,最后讨论了量子阱调制器在光电子集成,主要是半导体激光器和量子阱调制器单片集成方面的应用、发展情况和存在问题。     

基于垂直结构GaN LED的水下蓝光通信系统

垂直结构GaN LED能够提高器件的出光效率和调制带宽,是可见光通信的关键器件。该文面向水下蓝光通信的重大应用需求,基于亚波长理想LED模型,设计、制备了垂直结构蓝光LED器件,在NRZ-OOK调制下可实现10 Mbps的无线光通信。该文进一步搭建了水下可见光通信系统,采用基于该器件,实现了调制速率2 Mbps的全双工水下蓝光通信。     

相干光收发器件未来技术演进

相干光收发器件是相干光通信系统的核心器件。相干光通信系统朝着更大容量、更长传输距离、更低成本方向发展，同时相干光收发器件面临一系列新挑战，包括高带宽、多波段、高性能、高可靠性、高集成度、低功耗。相干光收发器件的未来技术演进包括新材料光芯片、先进封装技术、多路集成架构等方面。光芯片将存在多种材料，包括硅光、磷化铟和薄膜铌酸锂，以及基于硅光平台的异质集成技术。光器件将参考采用微电子行业的先进封装技术，以减小芯片间高速电信号的传输距离，降低成本，保证封装可靠性。器件级多路集成可满足未来多波传输架构的需求。     

几种新型的光电器件

描述用ＳＯＩ技术制造的光耦合ＭＯＳ继电器和多量子阱长波和红外探测器，以及集成异质结晶体管和激光二管于一体的高增益，高灵敏的光电子开关器件，文中着重介绍这些器件的结构，制造工和器件特性，并对其进行了讨论。     

光电器件及光电集成发展

1.光电器件的发展 光电子器件技术是推动光纤通信技术发展的核心技术。它经历了分立元件—组件—模块—光集成和光电集成的发展过程。在第一代点对点光通信系统中采用的主要光器件有半导体激光器、光纤、,连接器和光检测器。随着光电器件性能的提高及新功能光电器件的商用化,第二代大容量光通信系统也已得到广泛应用。在第二代光通信系统中除了第一代系统的光电器件外,还加进了合/分波器、光放大器、低速光开关和外调制器等。     

智能化可重构硅光集成器件及芯片应用研究

可重构硅光集成器件和芯片是实现智能化光通信系统的关键技术,其小尺寸、低能耗、低成本、高灵活性等特性为新一代光通信等应用带来了新的发展机遇。总结和讨论了一系列新型热可重构硅光集成器件及芯片,包括可调谐滤波器、光开关代表性功能器件。这些器件及芯片具有设计便捷、工艺简单、兼容等突出优点,被广泛应用于光互连、量子光学和微波光子学等。     

无杂质空穴扩散诱导量子阱无序及在光集成中的应用

综述了近年来新发展的量子阱生长后置无序的无杂质空穴扩散诱导量子阱部分无序的工艺技术，量子阱部分无序的机理，并分析了它在量子阱光电器件中的应用和使用该技术制出的光集成器件的最新结果。并对它的应用前景作了初步展望．     

基于蓝绿光Micro-LED的可见光通信芯片调制带宽研究

基于氮化镓微米LED(Micro-LED)的可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术成为近年来的研究热点.通过深紫外光刻技术制备了小尺寸的氮化镓基蓝/绿光Micro-LED芯片,深入研究了40～10μm不同尺寸Micro-LED器件的性能,以及其作为VLC光源的调制带宽能力.研究发现,随着LED器件尺寸的缩小,其调制带宽显著增加.通过在电极间加入电磁屏障以及对LED器件侧壁进行钝化修复,直径为10 μm的绿光Micro-LED亮度可达1×108 cd/m2,直径为20 μm的蓝光Micro-LED的调制带宽可达372.6 MHz.研究结果表明,基于氮化镓的Micro-LED芯片在调制带宽上仍有较大的提升空间,经过进一步的研究,有望推动高速可见光通信的系统应用.     

以光子阱提高光学集成度

伊利诺斯州西北大学的研究人员和佛罗里达州美国集成光学公司的工业合作者正在发展以光子阱和光子线为基础的光子器件，光子阱和光子线是分别使光进行一维和两维强烈约束的微型光波导。这种器件包括微型环状激光器和微腔共振器。据该大学主要研究人员ＳｅｎｇＨｏ说，可以想像，这种器件可成为一代光电子元件的前奏或组件构成，这种器件不仅更为有效，而且也更加小巧，可望产生高密度光子集成。集成光学公司的ＭｅｅＣｈｉｎ把光子线描述成是量子阱或势阱的必然光学结果，这种阱从尺寸为德波罗依波长（约１０ｎｍ）量级和较低电子势的区域获…     

征稿简则

1、来稿文责自负,稿件刊用后如出现泄密、侵犯他人著作权等问题,本刊概不承担连带责任。2、稿件内容必须与光通信密切相关(栏目有:光网络、光器件、光传感、光传输、可见光通信、无线光通信、量子通信、光纤光缆、光通信工程),稿件内容要真实、准确,且不得抄袭或重复发表。     

基于HV-CMOS工艺集成PIN光敏元的CMOS传感器设计

PIN光电二极管相对于pn结型光电二极管具有结电容小、量子效率高等优点,但采用标准低压CMOS(LV-CMOS)工艺研制的CMOS传感器只能实现基于n阱/p衬底的pn结光敏元与片上电路的集成,高压CMOS(HV-CMOS)工艺的发展为CMOS电路与PIN光敏元列阵的单片集成提供了可能。基于HV-CMOS工艺设计了一种集成PIN光敏元列阵的CMOS传感器,并对器件的光电响应进行了测试评估。结果表明,集成PIN光敏元的CMOS传感器具有更高的像素增益和量子效率,而暗电流、输出摆幅、线性度等特性保持良好。在500~900nm宽波段范围内,器件的量子效率均达到80%以上,在950nm附近的量子效率达到25%,优于采用其他工艺制作的CMOS传感器。     

新型硅基集成光隔离器的研究进展

光隔离器是保障光通信系统稳定运行的重要核心器件。目前,光通信器件在单个芯片上的集成是必然趋势,但光隔离器的集成仍然存在损耗高、隔离度差、集成工艺困难等诸多问题,复杂有源光通信器件片上集成的发展也因此受到了阻碍。概述了实现光隔离的几种有效方案,介绍了硅基集成光隔离器的最新研究进展,并对其未来的发展态势进行了展望。     

具有透明波导的量子阱半导体激光器及其光集成技术

本文论述了具有透明波导结构的量子阱半导体激光器及其光集成技术的其本原理及主要优点。尤其在实现高功率窄光束输出的光集成器件方面更显出其独特的优点。     

2.5D/3D硅基光电子集成技术及应用

全球网络流量急速增长，数据传输所需带宽和能源消耗也随之快速增加，传统电子信息互联架构已无法满足日益增长的带宽和节约能耗的需求。硅基光电子技术具有带宽高、能耗低并且可以利用成熟的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术将光子集成电路和电子集成电路大规模集成在硅衬底上等优势，能满足下一代数据传输系统的迫切需求。2.5D/3D硅基光电子集成技术可以有效缩短光芯片和电芯片之间电学互连长度、减小芯片尺寸，从而减小寄生效应、提高集成密度和降低功耗。文章介绍了硅基光电子集成技术的不同方案和最新进展，并展望了硅基光电子芯片结合2.5D/3D集成技术在数据通信、激光雷达、生化传感以及光计算等领域的应用前景。     

集成波导器件在光纤通信中的应用

光纤通信技术开辟了大容量、高速和低损耗的通信方式。集成波导光器件是构成光通信网和系统的重要组成部分,研制这些器件具有十分重要的现实意义。当前光通信中有代表性的器件是激光器、接收器、调制器、滤波器和控制器等。本文以光通信中三种重要的波导器件──光调制器、滤光器和定向耦合器为例,来介绍当前以光通信为主要应用领域的光波导器件的特点和应用。一、光波导技术１．基于ＬｉＮｂＯ３的光波导技术光波导器件可采用无定形体材料、铁电材料和半导体材料。采用的无定形体材料包括有机聚合物波导和玻璃波导。热光调制器就可以制作…     

具有透明波导的量子阱半导体激光器及其光集成技术

本文论述了具有透明波导结构的量子阱半导体激光器及其光集成技术的基本原理及主要优点。尤其在实现高功率窄渴束输出的光集成器件方面更显出其独特的优点。     

基于白光LED的可见光通信研究进展

白光LED将成为未来主要的照明光源, 这使得基于白光LED的可见光通信(VLC)在通信网络中具有一定的优势。介绍了可见光通信系统的优势及发展概况, 分析了包括通信速率的提高、全双工通信的实现以及与现有通信网络互联等关键技术, 综述了可见光通信技术的应用现状, 并展望了可见光通信技术的应用前景。