SOI材料在光电子学中的应用

SOI材料是应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。近年来随着SOI材料制备和加工技术的成熟,SOI基光波导器件的研究日益受到人们的重视。文章介绍了SOI材料在光电子学领域的一些具体应用,包括了在热光器件、电光器件、亚微米波导器件与光纤的耦合器以及光电子集成芯片等方面的最新研究进展。更小的波导截面尺寸是未来SOI光波导器件发展的必然趋势。     

硅基波导光开关及开关阵列的研究进展

光开关是光网络中实现光交换的核心器件.硅基波导光开关作为一类重要的开关器件,具有体积小、开关速度快、兼容性好等优点.近年来随着硅基波导制作技术的成熟,硅基波导光开关及开关阵列的研究日益受到人们的重视.文章介绍了SOI(silicon-on-insulater)光波导、聚合物光波导和SiO2光波导等三类常见的硅基波导在光开关及开关阵列方面的一些研究进展.     

硅基光波导材料的研究

光波导是集成光路及其元器件中最基本的构成单元。本文介绍了各种不同类型的光波导材料的特性。硅材料作为目前研究得最透彻的半导体材料,它在光电子领域的应用也是令人关注的。硅基光波导材料种类繁多,主要包括聚合物、外延硅/重掺杂硅、SiO₂,SOI和SiGe/Si等。硅基光波导材料是实现硅基光波导器件的基础,本文阐明了它们各自的特点和应用前景。其中聚合物、SiO₂和SOI波导是目前研究的热点。     

SOI纳米线波导和相关器件研究进展

SOI纳米线波导具有对光场限制作用强、传输损耗低、弯曲半径小、集成度高、与传统CMOS工艺兼容等优点,采用SOI纳米线波导能够大大缩小光子器件的长度和面积,提高器件工作速度和效率,降低器件功耗.介绍了SOI纳米线波导在模式、损耗、偏振等方面与传统大尺寸硅基波导所表现出来的不同特性,评述了当前关于SOI纳米线波导和基于SOI纳米线波导光子器件的最新研究进展.     

侧向注入的载流子注入型SOI光开关中的热效应分析V

根据热场方程,分析了侧向载流子注入pin结SOI脊波导器件中的热光效应影响,数值分析和实验现象表明,在该类电光子器件中,载流子注入产生的热光效应影响明显,尤其对于SOI材料的小截面脊波导结构。如1000微米调制长度的器件,在正常工作时,温升引起的折射率上升已占总的效应的1/8;同时提出了通过调整电极位置来进行散热的减小热光效应影响的方案。     

SOI基亚微米光波导可调光衰减器的设计

基于硅的等离子色散效应,构建了SOI基光波导可调光衰减器(VOA)仿真模型,对SOI基亚微米脊形波导结构的模式特性、VOA器件的掺杂区间距、掺杂深度及浓度对VOA特性的影响进行了系统的模拟分析,优化设计出了小尺寸、低损耗的VOA器件,仿真结果表明:该器件在2.1V电压下即可获得30 dB衰减量,功耗仅为14 mW.     

低损耗SOI单模脊形光波导的制备

表面散射损耗与菲涅耳反射损耗是SOI(Silicon-on-msulator)脊形光波导的主要损耗机理.通过降低光波导损耗的研究,在厚膜SOI材料上制备了长度为20 mm,插入损耗小于2.15 dB的单模脊形光波导.     

超紧凑型SOI基3×3MMI波导光开关的优化设计

提出一种基于SOI材料的超紧凑型3×3 MMI波导光开关,开关仅有一个多模波导,且多模波导采用更为紧凑的双曲结构.用FD-BPM方法对其各个状态进行了模拟和分析,并对器件的结构参数进行了优化设计.结果表明,这种光开关可以成功实现任意两输入和输出通道间的开关功能,优化后的开关呈现优良的综合性能,且整个器件的尺寸小于4mm.     

SOI基光子晶体光波导

光子晶体光波导由于其优越的光子局域化性能,因此可以实现任意的弯曲,从而大大减小了集成光路的体积.特别是以SOI材料为基础的光子晶体光波导以其小型化、低损耗的优势而备受人们的关注.介绍了几种类型的SOI基光子晶体光波导,并探索了其潜在的应用前景.     

光传送网中的关键光器件

光器件是光传送网的基础单元之一，本主要综述光传送网中的关键光器件：光源与光探测器、光波分复用/解复用器、光放大器、色度色散与偏振模补偿器及光开关等。比较了各种光器件的主要技术方案，特别针对的是已实用化的技术方案。最后讨论了光器件的尺寸小型化、微型化以及多功能集成等发展趋势，介绍了光器件的集成方式如：传统分立光器件的集成，平面光波导集成，以及混合集成等。     

硅基光电子学中的SOI材料

SOI材料是近年来应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。本文首先简要介绍了常见的SOI材料的制备方法,包括注氧隔离（SIMOX-SOI）、硅键合背面腐蚀（BE-SOI）和注氢智能剥离（Smart Cut）等,并比较了它们各自的特点和优劣。其次介绍了SOI材料加工制造波导的基本工艺,包括光刻和刻蚀,其中刻蚀又分为干法刻蚀和湿法腐蚀。     

硅基光波导结构与器件

简要评述硅基光波导的结构，工艺及其器件，包括低损耗的硅基光波导，电光波导器件，红外波导探测器，氧化硅光回路等。     

一种基于SOI材料的新型可调谐光衰减器的设计

设计了一种新型的、基于SOI材料的可调谐光衰减器,其调制区采用了独特的双脊型PIN结构,增强了注入电流场与光场的重叠,提高电注入效率.用BPM方法分析了波导结构的传输损耗,用有限元法分析了二维PIN结的电注入特性.结果表明该结构的光衰减器有良好的性能.     

Si基槽型光波导的传输特性分析和传输损耗的测量

对Si基槽型(slot)光波导的传输特性进行了研究。 采用三 维时域有限差分(3D-FDTD)法研究了芯层中的光功率与波导槽型宽度及Si条带宽度之间的关 系,结果显示,槽型光波导具有很好的光功率约束效率,可以达到30%以上; 分析了光功率的变化规律及其优化,综合考虑光功率和光功率密度确定波导结构参数,实现 最佳光功率分 布,横向光功率分布沿x轴方向具有很好的约束效果,沿y轴方向呈现高斯分布;分析了底部Si薄层对光 功率的影响,100nm的底部Si薄层使得芯层的光功率下降50%,减小 底部Si薄层厚度有利于光功率约束效 率的提高;采用电子束刻写(EBL)技术和等离子刻蚀(ICP)技术制备了Si基槽型光波导,实验 研究了其传输损耗,结果显示,槽型光波导具有较低的传输损耗,达到13.5dB/cm。     

SOI矩形光波导定向耦合器的研究

提出一种利用有效折射率方法分析SOI矩形光波导定向耦合器的理论,并且取得了与精确解非常吻合的结果,最后得出了一些有用的结论,对分析和设计光波导定向耦合器有一定指导意义.     

从GFP2011看硅光子学的进展

半导体硅材料不仅是一种电子材料,也是一种合适的光子材料。成熟的微电子加工工艺更为硅光子学提供了坚实的技术基础。根据第八届Ⅳ族光子学国际会议的信息,文章综述了硅基光波导技术特别是SOI光波导技术研究的最新进展,着重介绍了光调制器、亚波长光栅、混合集成、封装以及波导加工等方面的新理念与新方法。     

用于喇曼放大的SOI脊形波导中自由载流子寿命的解析表达

研究了用于喇曼放大的绝缘硅(SOI)脊形波导中自由载流子寿命与非线性光学损耗的关系.通过理论推导结合二维数值模拟的方法,提出了带有零反偏pin结构的SOI脊形波导中自由载流子寿命的解析表达式,该解析表达式与他人的实验结果相符.结果表明,比起不带pin结构的波导,带有零反偏pin结构的波导中的自由载流子寿命最多可以缩短80%.同时,研究了pin结构外加反偏电压时,自由载流子寿命进一步缩短的原因,并从强场下自由载流子速度饱和的角度出发,得到了自由载流子寿命的理论极限值.最后,模拟了不同自由载流子寿命情况下SOI脊形波导的喇曼净增益随着输入泵浦光功率密度的变化曲线,为硅基喇曼放大器的进一步研究指明了方向.