基元介质数对光子晶体光传输特性的调制

运用传输矩阵法理论,通过计算机计算模拟,研究基元介质数对光子晶体光传输特性的调制规律,结果表明:无论是标准结构还是对称结构光子晶体,透射谱中均出现一条带宽很宽的主禁带,而且不同基元介质数光子晶体的主禁带带宽不一样。对于标准周期结构光子晶体(AB)m、(ABC)m和(ABCD)m,主禁带中不出现透射峰,但随着基元介质数增加,主禁带的带宽发生变化,而且主禁带两侧会出现若干条分立透射峰。对于对称结构光子晶体(AB)m(BA)m、(ABC)m(CBA)m和(ABCD)m(DCBA)m,主禁带中恒定出现一条透射率为100 %的窄透射峰,随着基元介质数增加,主禁带中窄透射峰条数及其透射率保持不变,但主禁带及其中窄透射峰的带宽会变窄,同时主禁带两侧会出现若干条分立透射峰,而且分立透射峰的条数多于标准周期结构光子晶体主禁带两侧的透射峰条数。基元介质数对标准周期结构和对称结构光子晶体透射能带谱的调制规律,对新型光学滤波器、光学开关等器件的研究和设计具有一定的理论参考价值。     

压应变SiGe和张应变Si的能带结构研究

根据体Si和体Ge的能带结构特点,基于形变势理论,计算了SiGe合金的应变对其能级的影响。静压应变导致能级偏移,单轴应变导致简并能级分裂,使得应变SiGe合金的禁带宽度随应变的增加而减小。共度生长在体Si衬底上的SiGe合金,以及共度生长在体SiGe衬底上的Si,它们的禁带宽度随Ge组份的增加近乎线性减小。完全压应变的Si_(0.5)Ge_(0.5)合金,其禁带宽度从无应变时的0.93eV减小为0.68eV。Ge组份为0.5时,完全张应变的Si,其禁带宽度从无应变时的1.12eV减小为0.85eV。     

应用于中红外波段的阵列化多孔硅一维光子晶体的制备

首先通过光刻工艺制作了阵列化岛状硅衬底,然后利用交替变换阳极腐蚀电流,通过合理地控制制备参数,适当的热氧化条件,成功地制备了禁带中心位于5μm、6μm、7μm、10μm的阵列化多孔氧化硅一维光子晶体.随后在其表面淀积一层低应力的Si3N4,通过原子力显微镜(AFM)和傅里叶红外反射谱(FTIR)测试证明,沉积Si3N4后该结构仍然具有良好的平整度和较高的反射特性.该阵列结构不但具有较好的隔热和高反射特性,而且岛状的阵列结构可使其与其他器件互联变得简单易行,必将为制备多功能、一体化器件提供有利条件.     

2～2,7和3～5μm硅红外探测器的掺杂剂评述

为继续探索将红外探测器和硅信号处理线路放在同一衬底上,实验评述了2～27和3～5μm 红外波段可用的掺杂剂.研究了元素镀(Be),铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铥(Tu)和镱(Yb)的可用性。给出了光谱响应以及探测度随温度变化的测量曲线,并与理论进行了比较。对照过去研究过的3～5μm 波段 SiS 和 Si:Ti 探测器,对其中某些掺杂剂(Si:Cu,Si:Zn)的各种有用特性(包括更高的工作温度)和所观察到的限制进行了讨论和评论。     

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅.采用顶层Si厚为2μm的SOI基片,通过半导体芯片制备中的光刻工艺,在脊高为935 nm,波导宽度为2μm的脊形波导上,分别制作了刻蚀深度为565 nm和935 nm的起伏型高阶布拉格光栅,测试表明,在1540～1640 nm波长范围内,得到了大于10 dB的消光比,实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果.理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数,以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗.     

基于单个偏振调制器和光交错滤波器的八倍频微波信号产生研究

提出并实验验证了一种采用单个偏振调制器(PolM)的八倍频微波信号光学产生方法。PolM在大信号调制下产生多个高阶光边带,通过调节偏振控制器(PC)和检偏器,仅获得偶数阶光边带;合理调节其调制指数(射频信号功率),使得二阶边带被完全抑制,四阶边带功率明显高于六阶及其它高阶边带。采用光交错滤波器进一步抑制光载波及六阶边带,仅保留四阶边带,经光电探测器(PD)拍频获得八倍频微波信号。仿真方案选用25GHz和50GHz信道间隔的光交错滤波器,充分利用光交错滤波器的周期滤波特性,在4个频段范围内获得了连续可调的八倍频微波信号。实验结果和理论分析有效验证了所提出方案的可行性。     

一维光子晶体异质结结构偏振带通滤波器

利用一维光子晶体(PC)异质结结构带边峰值叠加的方法设计了一种偏振带通滤波器,在实现p偏振分量带通滤波的同时实现了禁带范同的展宽.给出了设计方法,讨论了这种带通滤波器的通带特性和禁带特性.所设计的偏振带通滤波器具有宽通带、宽禁带、膜层较少、小型化和类矩形通带等特点,制作简单,具有实际应用价值.     

22 μm波段多波长可调谐光纤激光器研究

设计了一种基于马赫-曾德(M-Z)光纤干涉滤波器的可调谐多波长掺铥环形光纤激光器,M-Z光纤滤波器由两个3 d B耦合器级联构成,通过光纤耦合器接入环形腔中,并利用Sagnac光纤反射镜实现反射式滤波。实验利用一个发射功率为250 m W的1573 nm光纤激光器作为泵浦源,通过一个1570/2000 nm波分复用器(WDM)注入一段4 m长单模掺铥光纤(TDF)中获得2μm波段光增益。环形腔内加入偏振控制器(PC)调节腔内损耗,实现了2μm波段可调谐多波长输出,观测到最多3个波长激光。     

Cd1-xZnxTe晶片中Zn组分的室温 显微光致发光平面扫描表征

用显微光致发光（μ-PL）平面扫描的方法对CdZnTe(CZT)晶片进行了研究．分别在19μm×16μm的缺陷区域进行微米尺度和7.9mm×6.0mm的大面积范围内进行毫米尺度的逐点PL测量．对测得每一点的PL谱进行了拟合,得到测量点的禁带宽度等参数,其平面分布对应于CZT中Zn的组分分布．统计的结果给出禁带宽度的不均匀性．对样品进行溴抛光后重复类似的测量,结果表明禁带宽度的均匀性大为改善,接近了材料组分的真实分布．     

短周期(Ge)_n(Si)_n应变超晶格电子结构的自洽赝势计算

在局域密度近似下,用第一原理自洽赝势的方法计算了短周期超晶格(Ge)_1(Si)_1和(Ge)_2(Si)_2的能带结构。结果表明(Ge)_1(Si)_1是间接带,导带最低点在布里渊区的X点。(Ge)_2(Si)_2也是间接带,导带最低点在布里渊区M点附近。给出了禁带宽度及自旋轨道分裂值,并与有关的理论和实验做了比较。     

基于生物应用的低截止频率5阶Gm-C低通滤波器

设计了一款基于生物应用的截止频率为38.49 Hz的5阶跨导电容(Gm-C)低通滤波器.首先利用电流互抵技术设计实现了一款低Gm的运算跨导放大器(OTA),并基于此OTA,采用无源电感电容(LC)网络模拟法设计了一款5阶椭圆滤波器.最后基于华虹宏力0.35 μmCD350 60 V/80 V工艺应用Spectre仿真工具对滤波器进行仿真.结果表明,所设计的低通滤波器可以实现非常陡峭的过渡带,并在50 Hz工频信号处衰减达-43.812 dB;阻带衰减为-33.18 dB;通带内平均噪声为352.0 μV·Hz-1/2;总谐波失真为-56.24 dB;3.3 V电源电压下,5阶滤波器总功耗仅为11.73 μW.所设计的滤波器可以有效采集频率极低的生物信号并且滤除干扰信号.芯片面积为1 200 μm×728.μm.     

短中波红外长线阵拼接集成滤光片技术研究

空间光谱成像技术的发展使得探测器阵列与分光元件的集成成为一种趋势,长线阵拼接集成滤光片是空间多光谱成像仪实现焦平面集成分光的关键器件,在我国空间多光谱成像光学系统中需求明显。设计了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片,采用离子束辅助轰击的电子枪蒸发方法制备了各通道窄带滤光片,利用专门研制的工装探索了拼接工艺,研制出了短中波红外长线阵拼接集成滤光片。测试结果表明:集成滤光片各通道平均透射率达到90%,最小带宽为230 nm （中心波长为4.95 μm）,光谱性能与设计结果吻合,满足性能指标要求。最小拼缝宽度仅为10 μm,拼缝不平行误差为1 μm,集成滤光片设计结构和拼接强度能够耐受抗振性试验。该集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上成功应用。     

Design of high-order elliptic filter from a versatile mode generic OTA-C structure

A new synthesis methodology for high-order versatile mode programmable Operational transconductance amplifier and capacitor (OTA-C) generic filter structure is proposed. The structure fulfills the three main criteria of high frequency operation i.e it uses (1) less number of components (2) only single ended input OTAs (3) only grounded capacitors. Any nth order transfer function can be realised from it. Elliptic filter is designed from the generic structure using optimisation technique to reduce the number of OTAs. SPICE simulation with BSIM level 53 model and 0.13 μm process confirms the theoretical analysis. Frequency response of third-order and fourth-order elliptic filter is shown as representative set of simulated result. Sensitivity and non-ideal effect of the designed filter are studied.     

Rectangular optical filter based on high-order silicon microring resonators

The rectangular optical filter is one of the most important optical switching components in the dense wavelength division multiplexing (DWDM) fiber-optic communication system and the intelligent optical network. The integrated high-order silicon microring resonator (MRR) is one of the best candidates to achieve rectangular filtering spectrum response. In general, the spectrum response rectangular degree of the single MRR is very low, so it cannot be used in the DWDM system. Using the high-order MRRs, the bandwidth of flat-top pass band, the out-of-band rejection degree and the roll-off coefficient of the edge will be improved obviously. In this paper, a rectangular optical filter based on high-order MRRs with uniform couplers is presented and demonstrated. Using 15 coupled race-track MRRs with 10 μm in radius, the 3 dB flat-top pass band of 2 nm, the out-of-band rejection ratio of 30 dB and the rising and falling edges of 48 dB/nm can be realized successfully. This work has been supported by the National Natural Science Foundation of China (No.61205062), the Scientific Research Project of Hubei Education Department (No.B2015191), and the Project of Hubei Province Universities Outstanding Youth Scientific Innovation Team (Nos.T201431 and T201633). E-mail:onlyfish@126.com      

一维光子晶体偏振滤波器通道数的影响因素研究

光子晶体偏振滤波器是利用光子晶体带隙特性来控制信号光偏振状态的一种新型滤波器, 在光纤通信、光学传感测量、光学信息处理等领域均有重要应用。通道数多少是偏振滤波器设计的重要指标, 通道越多则信息容量越大, 越有利于系统的小型化微型化。利用光学传输矩阵法研究了影响一维光子晶体偏振滤波器通道数目的因素, 研究表明：(1）光子晶体缺陷层厚度是影响滤波器通道数目的关键因素, 通道数N与厚度D近似满足线性关系, 在500 ～650 nm波段函数关系为N=0.0035D+0.159; (2）缺陷层折射率nc的变化也会导致通道数改变, 折射率越大通道数越多;( 3）光子晶体单元层数和单元厚度改变不会影响滤波通道数, 但可以调节通道中心波长位置, 同时对偏振度和分离度也有影响。     

用于红外接收芯片的OTA-C带通滤波器

设计了一种二阶带通连续时间滤波器(BPF),采用0.5μm n阱CMOS工艺设计,在Cadence Spectre环境下进行了电路仿真。结果表明:该滤波器的中心频率38kHz,带宽6kHz,通带增益16dB且均匀可调,可用于红外接收芯片中。     

基于广义旁瓣相消器的滤波器组旁瓣干扰抑制

传统滤波器组为降低旁瓣,需要提高滤波器阶数。该文将广义旁瓣相消的思想运用于滤波器组的旁瓣干扰抑制,在滤波器通带外的干扰信号频率处自适应形成零点。基于LMS算法,该文提出了基于自适应旁瓣相消器的滤波器组旁瓣干扰抑制算法,给出了算法的矩阵形式。通过限制系数长度,旁瓣相消器仅仅对消旁瓣大功率干扰信号,而对带内有用信号的影响很小,其作用相当于用一个低阶滤波器实现一个高阶数滤波器的功能,当信号功率较之干扰功率很小时尤其有用。仿真结果显示算法具有良好的旁瓣干扰抑制性能,较之高阶滤波器组大大减少了计算量。     

Design of a high-order single-loop ∑△ ADC followed by a decimator in 0.18 μm CMOS technology

This work presents an oversampled high-order single-loop single-bit sigma-delta analog-to-digital con verter followed by a multi-stage decimation filter. Design details and measurement results for the whole chip are presented for a TSMC 0.18 μm CMOS implementation to achieve virtually ideal 16-b performance over a baseband of 640 kHz. The modulator in this work is a fully differential circuit that operates from a single 1.8 V power supply. With an oversampling ratio of 64 and a clock rate of 81.92 MHz, the modulator achieves a 94 dB dynamic range. The decimator achieves a pass-band ripple of less than 0.01 dB, a stop-band attenuation of 80 dB and a transition band from 640 to 740 kHz. The whole chip consumes only 56 mW for a 1.28 MHz output rate and occupies a die area of 1×2 mm~2.     

Extraordinary optical properties of Fibonacci quasi-periodic 1D superconducting photonic crystals in near-zero-permittivity operation range

In near-zero-permittivity operation range, the position-dependent extraordinary optical properties of a one dimensional (1D) Fibonacci quasi-periodic superconducting photonic crystal (PC), which consists of alternating superconductor and dielectric layers, are theoretically investigated by using the transfer matrix method. Based on the calculated reflectance spectrum, it is shown that the extraordinary optical properties depend on the relative positions of the threshold wavelength and the photonic band gaps (PBGs). By suitably choosing the thickness of the superconducting or dielectric layer, a transmission narrow band filter or resonator can be designed without introducing any physical defect in this structure.     

片上自动调谐的可编程有源RC滤波器

研制了一款可编程6阶巴特沃斯有源RC滤波器.为提高滤波器中运算放大器的增益带宽积,设计了一种新型的前馈补偿运算放大器.为消除工艺偏差和环境变化对截止频率的影响,设计了一种片上数字控制频率调谐电路,并采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺进行了流片.滤波器采用低通滤波结构,测试结果表明,3 dB截止频率为1～32 MHz,步进1 MHz,带内增益0 dB,带内纹波0.8 dB,2倍带宽处带外抑制不小于24 dBc,5倍带宽处带外抑制不小于68 dBc,滤波器等效输入噪声为340 nV/√Hz@1MHz,调谐误差为±3％.滤波器裸芯片面积0.87 mm×1.05 mm.采用1.8V电源电压,滤波器整体功耗小于20 mW.