山东大学信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
针对硅基单端推挽调制器的pn结结电容大、调制效率低的问题，设计出一种基于异型掺杂和槽波导结构的硅基调制器。通过槽波导结构和L型掺杂增大了耗尽区与光场相互作用，与传统脊波导相比，在相同调制效率下，槽波导的结电容降低了24%，带宽提高了32%。采用T型轨道的电极实现阻抗和折射率的匹配，4 V偏压下调制带宽达到42 GHz，实现了峰峰值电压Vpp=2 V驱动下70 Gbit/s的OOK信号调制，眼图消光比达5.2 dB。
光学器件 电光调制器 行波电极 马赫-曾德尔调制器
1 山东大学信息科学与工程学院激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
2 厦门市三安集成电路有限公司，福建 厦门 361000
垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有成本低、速率高、功耗低和易于集成等优点，在短距离数据通信等领域具有广泛的应用。随着使用寿命、失效率等要求的不断提高以及器件应用需求的不断增大，VCSEL的可靠性受到了人们的广泛关注。研究发现，VCSEL失效的主要原因与位错的产生和扩展有关。为了提高器件的可靠性，对VCSEL内位错形成的原因进行分析，并系统介绍了位错扩展的动态特性和内在机理。
激光器 垂直腔面发射激光器 可靠性 位错 形成原因 扩展特性 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514004
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 厦门市三安集成电路有限公司, 福建 厦门 361000
高速波分复用分布式反馈(DFB)激光器是数据通信的核心器件, 其可靠性影响了整个通信系统的可靠性。对自主研发的25 Gb/s 4波长粗波分复用(CWDM4) DFB激光器进行了2种老化筛选(Burn-in)实验和失效分析, 并采用三温法推算了激光器的工作寿命。实验结果表明: 对激光器采用光加速(25 ℃、100 mA)和温度加速(100 ℃、75 mA)相结合的Burn-in方法能够有效激发薄弱激光器的早期失效特征; 采用三温法推算激光器在60 ℃、45 mA环境下长期工作的实际寿命至少为17年。
分布式反馈激光器 可靠性 老化筛选 激活能 寿命 distributed feedback laser, reliability, burn-in,
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 厦门市三安集成电路有限公司, 福建 厦门 361000
3 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
4 山东大学 信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
氧化型垂直腔面发射激光器（VCSEL）在数据通信等领域具有广泛的应用，然而氧化型VCSEL是一种静电敏感型器件，静电放电(ESD)是导致其失效的主要原因之一，并且器件失效后很难判断问题的原因。本文对氧化型VCSEL进行了包括人体模式(HBM)、机器模式(MM)和元件充电模式(CDM)3种不同的ESD模式和过度电应力(EOS)冲击，以分析其具体失效原因。其中，在HBM模式中研究了不同极性的电压冲击对应的失效特征，然后分别采用反向I-V、正向L-I-V测试、发光显微镜（EMMI)和透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征。结果表明，不同ESD模式表现出截然不同的损伤电压阈值，氧化型VCSEL容易遭受HBM和MM损伤，而对CDM模式不敏感。研究发现和ESD失效关联的特性及缺陷特征包括反向漏电增加、出光功率衰减、EMMI亮点等，而TEM作为最为直接有效的分析手段，不同ESD模式表现出不同的缺陷大小和位置等性质。这些研究结果有助于区分ESD故障和其它故障机制，并且能够精确地判断出引起失效的具体ESD模式，具有重要的意义。
垂直腔面发射激光器 静电放电(ESD) 失效分析 vertical cavity surface emitting lasers electrostatic discharge failure analysis
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东青岛 266237
2 厦门市三安集成电路有限公司，福建厦门 361000
3 中国科学院半导体研究所，北京 100083
4 山东大学 信息科学与工程学院，山东青岛 266237
氧化型垂直腔面发射激光器（VCSEL）在高速光通信中有着广泛的应用，应用过程中的可靠性是一个非常重要的指标，要求有高寿命和低失效率。为了更好地了解VCSEL在应用过程中的失效模式和机理，提升器件的可靠性，本文从器件设计、加工制造和应用过程等3个环节总结分析了氧化型VCSEL的常见失效模式、产生原因和机理，并提出了适当的改善措施和建议。其中，对氧化应力、静电放电和湿气腐蚀这3个主要失效因素进行了更为详细的分析。基于以上对业界研究工作的总结和分析，最后对实际工作中遇到的VCSEL失效案例进行简单的介绍，为VCSEL学者、研发设计、制造和使用人员提供一个较为全面的失效分析案例库。
VCSEL 氧化物 失效模式和机理 可靠性 VCSEL oxide failure modes and mechanisms reliability
1 华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450045
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院，激光与光电子研究所，天津 300072
提出了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在MgO∶LiNbO3平板波导中产生高频太赫兹波的方法。不同于传统的基于两束近红外光直接差频产生太赫兹波，本文首先利用两束近红外光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中产生低频太赫兹波和一系列级联光，然后将上述级联光耦合导入平板波导中，通过改变平板波导的尺寸优化各阶差频的相位失配分布，经级联差频高效产生高频太赫兹波。借助MgO∶LiNbO3晶体极化声子共振区巨大的非线性光学系数，以及MgO∶LiNbO3平板波导中被降低的太赫兹波吸收系数，在室温下通过输入两束强度均为100 MW/cm2的差频光，得到了频率为5 THz的高频太赫兹波，太赫兹波强度为88.2396 MW/cm2，能量转换效率为44.12%。本文为产生高频、高功率太赫兹波提供了一种全新方法，可以推动高频太赫兹波在未来高速无线通信领域的应用。
非线性光学 太赫兹波 级联差频 极化声子共振区 平板波导
西北工业大学 材料学院, 凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
采用固相法制备了三种具有单斜结构的单相固溶体稀土钽酸盐高熵陶瓷(Nd1/6Sm1/6Eu1/6Gd1/6Dy1/6Ho1/6)TaO4 (6RETaO4)、(Nd1/5Sm1/5Eu1/5Gd1/5Dy1/5)TaO4(5RETaO4)和(Nd1/4Sm1/4Eu1/4Gd1/4)TaO4(4RETaO4), 扫描透射电子显微镜- X射线能谱(STEM-EDS)的分析表明掺杂的稀土元素分布均匀。通过扫描电子显微镜(SEM)观察到由四方-单斜的二级铁弹相变形成的铁弹畴。热膨胀测试表明RETaO4高熵陶瓷在1200 ℃以下具有良好的热稳定性, 其中6RETaO4的热膨胀系数可以达到9.25×10-6 K-1 (1200 ℃)。由于高熵效应带来的声子散射增加, RETaO4高熵陶瓷具有较低的晶格热导率(2.98~1.23 W·m-1·K-1, 100~1000 ℃), 并且表现出良好的力学性能(6RETaO4, (9.97±2.2) GPa), 是潜在的下一代热障涂层材料。
山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
设计了一种基于亚波长光栅的具有高集成度、高耦合效率的垂直光耦合器,在1.5~1.6 μm波长范围内实现了大于97%的耦合效率,且器件长度仅为15 μm,是传统基于绝热拉锥波导的垂直耦合器尺寸的十分之一,提高了系统的集成度。在亚波长光栅占空比、拉锥波导尖端尺寸以及波导错位方面,所设计的耦合器均具有较大的工艺误差容限,在异质集成领域展现出了良好的应用前景。
光栅 亚波长结构 耦合器 亚波长光栅 异质集成 光学学报
2020, 40(14): 1405002
山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
提出了一种新型的基于渐变折射率波导自聚焦效应的模斑变换器,分析了均匀折射率波导和渐变折射率波导的模式场分布及传输特性,研究了自聚焦效应的原理。利用时域有限差分法,计算得到了该变换器的插入损耗和回波损耗,所提模斑变换器与现有的最好模斑变换器的性能相当,但长度缩短至其1/6。该新型模斑变换器可用于集成光学系统中。
集成光学 硅基光电集成 模斑变换器 渐变折射率波导 自聚焦效应
1 北京工商大学 物理系, 北京 100048
2 北京交通大学 光电子技术研究所, 发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
为提高聚合物太阳能电池的能量转换效率, 将聚乙二醇(PEG)掺入PEDOT∶PSS阳极缓冲层, 研究了阳极缓冲层修饰对聚合物太阳能电池性能的影响。首先研究了聚乙二醇对PEDOT∶PSS薄膜电导率的影响, 发现PEG会与PEDOT和PSS相互作用, 使得PEDOT链重新排布, 有利于电荷载流子的传输, 从而显著改善了PEDOT∶PSS薄膜的电导率, 当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%~4%的PEG时, 可得到较大的电导率。然后, 以PEG修饰的PEDOT∶PSS薄膜作为阳极缓冲层制备了聚合物太阳能电池, 研究了PEG的掺入对聚合物太阳能电池性能的影响。实验发现, PEG改善的PEDOT∶PSS电导率有利于提高电池的短路电流密度和填充因子,从而改善了器件光伏性能。当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%的PEG时, 聚合物太阳能电池的能量转换效率最高, 比未掺杂的器件提高了24.4%。
聚合物太阳能电池 阳极缓冲层 电导率 polymer solar cells anode buffer layer PEDOT∶PSS PEDOT∶PSS conductivity
