1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 河南仕佳光子科技股份有限公司河南省光电芯片与集成重点实验室, 河南 鹤壁 458030
数据中心光互连正朝着高速方向发展。针对数据中心光互连过程,采用折射率差为1.5%的石英基二氧化硅光波导,设计并制备了光电集成的小型化、低损耗、小输出模场的四通道粗波分解复用芯片,该芯片满足高速数据中心200 Gbit·s -1/400 Gbit·s -1的传输速率要求,最小插入损耗小于1.07 dB,1 dB带宽大于13.7 nm,3 dB带宽大于16.1 nm,偏振相关损耗小于0.08 dB,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于30 dB。所设计的芯片完全满足高速数据中心光互连的波分复用芯片商用要求。
光学器件 粗波分解复用 数据中心光互连 石英基
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing00083,China
2 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing00083,China
3 College of Material Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049,China
采用InP基衬底设计并制备了1550 nm垂直腔面发射激光器。采用混合镜面布拉格发射镜，其中顶部采用4.5对硅和二氧化硅的介电布拉格反射镜，同时采用隧道结的方式降低p层载流子吸收。制备出阈值电流在20 mA，室温直流下输出光功率为7 μW，激射波长为1554 nm，激射谱半高宽为3 nm的垂直腔面发射激光器。
垂直腔面发射激光器 1550 nm InP基 vertical cavity surface emitting laser （VCSEL） 1550 nm InP-based
1 河南仕佳光子科技股份有限公司, 河南 鹤壁 458030
2 郑州大学物理学院, 河南 郑州 450001
设计制备了一种低功耗的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型聚合物热光开关器件,为降低开关的功耗,将器件加热区的调制臂波导设计成悬浮波导,从而抑制波导芯区处热量向硅衬底的扩散。模拟结果显示,相比于传统波导结构的热光开关,悬浮波导结构可以明显减少热扩散。利用半导体工艺成功制备了具有悬浮波导结构的热光开关器件,在1550 nm工作波长下,热光开关的功耗为9.3 mW,消光比为21 dB,开关的上升和下降时间分别为392 μs和697 μs。
集成光学 集成光学器件 热光开关 聚合物波导 功耗 消光比
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 00083,China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering，University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
提出了一种基于平面光波导工艺的带有可调定向耦合器的非对称MZI结构.模拟结果显示，当定向耦合器的两个耦合臂的折射率独立改变时，定向耦合器的调制效果较好；当调制电极与耦合区的波导间距为0时，两个耦合臂的温度差达到最大.测试得到，AMZI的插入损耗为2.05 dB，延迟时间为151.4 ps，脉冲对的功率比近似为1.该器件有助于提高集成QKD器件的性能.
非对称MZI干涉仪 热场模拟 量子密钥分发 asymmetric Mach-Zehnder interferometer thermal field simulation quantum key distribution
1 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
刻蚀衍射光栅作为波分复用/解复用器件，有望在光通信系统中得到广泛应用。在基于顶层硅厚度为220 nm的绝缘体上硅材料上设计并制作了一种新型刻蚀衍射光栅，该刻蚀衍射光栅引入六角晶格空气孔型光子晶体作为其反射镜。模拟结果显示，相较于传统的阶梯光栅反射镜的刻蚀衍射光栅，光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅在理论上可有效降低器件的制作工艺难度以及插入损耗，同时可以实现器件偏振的保持。随后仅利用一步电子束光刻工艺及一步电感耦合等离子体刻蚀工艺制作了该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅。测试结果表明：该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅片上损耗为9.51~11.86 dB，串扰为5.87~8.72 dB，后续可通过优化工艺条件和优化输出波导布局，进一步提高器件的性能。
刻蚀衍射光栅 光子晶体 硅基光子学 波分复用/解复用 etching diffraction grating photonic crystal silicon photonics wavelength division multiplexing/de-multiplexing 红外与激光工程
2019, 48(9): 0916005
1 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室, 北京 100016
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
波分复用/解复用器与可调光衰减器的是光通信系统中的重要元器件。为了得到制备工艺简单、响应速度快的二者的单片集成芯片, 并且考虑到其与其他不同光器件的集成可能性, 在绝缘体上硅材料制作了16通道、信道间隔200 GHz的阵列波导光栅复用/解复用器与电吸收型可调光衰减器的单片集成。该器件的片上损耗小于7 dB, 串扰小于-22 dB。电吸收型VOA在20 dB的衰减量下的功耗为572 mW(106 mA, 5.4 V)。此外, 该器件可以实现光功率的快速衰减, 在0~5 V的外加方波电压下, VOA上升及下降时间分别为50.5 ns和48 ns。
阵列波导光栅 可调光衰减器 硅基光子学 绝缘体上硅 arrayed waveguide grating variable optical attenuator silicon photonics silicon on insulator 红外与激光工程
2019, 48(8): 0818004
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100083
设计并制作了硅基二氧化硅波导阵列相控芯片, 该芯片由分束单元、相位调制单元、输出波导阵列三部分构成, 分束单元采用三级1×2的光分束器级联而成, 相位调制单元采用热光调制方式, 输出部分包含8根密集阵列波导.8根波导输出的光在远场发生干涉, 形成扫描光束, 加电后通过二氧化硅热光效应, 折射率变化0.027%(0.000 4)时, 扫描光束偏转5.5°.该波导相控阵列采用2.0%超高折射率差的硅基二氧化硅波导为材料, 经等离子体增强化学气相沉积法进行材料生长及退火, 再经电感耦合等离子体干法刻蚀技术进行刻蚀, 最后切割抛光制作而成.测试结果表明, 静态下该芯片8条输出阵列波导形成清晰干涉光斑, 在电压达到130 V时, 热调制相位后, 光斑移动5.5°.
光子器件 光学相控阵 硅基二氧化硅 热光调制 不等间距波导 Photonic devices Optical phased array Silica on silicon Thermo-optic modulation Unequal spacing waveguide
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
报道了基于绝缘体上硅材料的25通道、信道间隔200 GHz的阵列波导光栅, 分别优化了输入波导/输出波导/阵列波导间的最小间距 (Δxi/Δxo/d), 及其自由传播区和阵列波导之间边界结构 (W2/L2/L3).实验结果表明, 该阵列波导光栅的插入损耗为5~7 dB, 串扰为13~15 dB, 该阵列波导光栅的性能得到有效提升. 同时也提出了减小插损与串扰的进一步优化方案.
硅基光电子 阵列波导光栅 双刻蚀结构 波分复用/解复用器 silicon photonics arrayed waveguide gratings double-etch structure wavelength division multiplexing/de-multiplexer
