光子学报
2023, 52(11): 1113001
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料重点实验室， 北京00083
2 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心， 北京100049
3 北京低维材料与器件重点实验室， 北京10008
晶体管激光器同时具有激光器的光发射功能与晶体管的电流控制功能，表现出多种新颖的光电特性.相对于短波长GaAs基器件，InP基长波长晶体管激光器更适合于光纤通信系统应用因而具有重要研究价值.本文主要介绍发光波长在1.3 μm与1.5 μm的InP基长波长晶体管激光器的研究进展，对不同结构器件的特点及可用于提高器件性能的相关器件设计进行了分析和讨论.根据器件波导结构的不同目前已报道的边发射晶体管激光器主要包括浅脊、掩埋及深脊结构三种类型.浅脊晶体管激光器中有源量子阱材料被置于重掺杂基区材料之中，使得InP基晶体管激光器只能在低温工作.掩埋结构的InP基晶体管激光器采用npnp型InP电流阻挡层掩埋脊条型有源材料，制作工艺过于复杂，不利于降低器件成本.深脊晶体管激光器中量子阱有源区材料位于重掺杂基区材料之上，可同时减小掺杂杂质扩散及基区材料光吸收的不利影响，基于该结构实现了InP基1.5 μm波段晶体管激光器室温连续电流工作.数值计算研究表明，在深脊晶体管激光器量子阱中进行n型掺杂及在其发射极波导中引入由反向pn结构成的电流限制通道均可以减少载流子向缺陷的扩散，进而减小缺陷的不利影响，提高器件性能.
光电子学 光电子集成 半导体激光器 InP 长波长 Optoelectronics Optoelectronic integration Semiconductor laser InP Long wavelength
浙江大学信息与电子工程学院微电子学院, 浙江 杭州 310058
随着信息社会的进一步发展和大数据时代的到来, 传统通信和互连技术越来越不能满足数据传输与处理环节对于传输容量、通信速度、信号延迟、传输距离与电能消耗等方面的要求。硅基光电子集成技术以前所未有的材料和技术优越性, 为上述问题的圆满解决提供了理想的途径, 正在迅速发展, 并将逐渐成为构建现代信息社会关键硬件基础的主体技术。结合本研究组针对多层次光通信、光互连的最新研究进展, 系统地介绍了光通信、光互连用硅基激光器、调制器、波分复用、模分复用、偏振控制、光开关、探测器等全系列硅基光子集成器件的研究思路、方法、成果和发展趋势, 并对其在通信、互连、微波、传感等领域的应用可能性展开了讨论。
硅基光子学 光电子集成 激光器 光学复用 调制器 光开关 silicon photonics optoelectronic integrated laser optical multiplexing modulator optical switch
光电子集成是当前光电技术和信息工程领域的新趋势和研究热点, 其中光源集成化和工艺相容性已成为制约其进一步发展和应用的关键问题。报道了一种设计简单的、可直接集成在硅衬底上面的激子型激光二极管器件和工艺。基于岛状多晶氧化锌薄膜构建了一个金属/绝缘体/半导体(Au/MgO/ZnO MIS)异质结器件。利用Si衬底与ZnO外延层之间天然的大晶格失配, 诱导ZnO薄膜表面形成了高度无序的多晶岛状纳米结构, 从而在异质结激活层(ZnO/MgO界面区域)形成了高度无序的折射率随空间变化的散射介质。这极大增强了光学散射, 有利于获得低阈值的随机激射。文中这种简单的光源器件结构设计和制备工艺提供了一种自下而上的实现氧化锌基集成光电子器件的新思路。
氧化锌 电泵浦激光 随机激光 光电子集成 Znic Oxide electrically pumped lasing random laser optoelectronic integration 红外与激光工程
2018, 47(12): 1220002
卫星遥感、深空探测、电子对抗以及基础科学研究等领域的发展,促进着微波系统向着高频、宽带、大动态范围、广域覆盖等方向发展。传统的微波系统在微波信号的生成、分配、控制、处理等方面面临巨大挑战。微波光子学是研究微波和光波相互作用规律及应用的一门新兴学科,它利用光子学方法产生、分配、控制与处理宽带毫米波信号,被普遍认为是应对上述重大挑战的有效途径。重点阐述了微波光子技术的基本概念、发展历程及其应用前景;分析了微波光子技术面临的动态范围、转换效率、相位噪声等方面的挑战以及最新的研究成果;介绍了微波光子技术在干涉天线组阵、雷达模拟前端信号处理以及光钟方面的应用成果。
微波光子学 军用微波系统 干涉天线阵 光生微波 光载微波 光电子集成 microwave photonics military microwave system interferometric antenna array photonic generation of microwave radio over fiber integrated optoelectronics
1 燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛066004
2 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛066004
设计了一种新型金属-多层绝缘介质-金属表面等离子波导结构, 利用时域有限差分法对其传输特性进行数值分析。研究了有效折射率和传播长度与中间多层绝缘介质厚度之间的关系, 并分析了金属层的角度对该波导结构中场分布的影响。结果表明: 当光波从波导结构上方垂直入射时, 电磁场被限制在多层介质中的高折射率区, 实现了场的耦合传输。多层绝缘介质的厚度均为220 nm时, 正六边形金属层结构对应的波导结构的传输性能较为理想。该结构能够实现亚波长尺度的光限制, 可以应用于光电子集成和传感器领域。
等离子波导 多层介质 传输特性 耦合传输 光电子集成 surface plasmon waveguide multi-insulator transmission property coupling transmission optoelectronics integration
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
设计了一种适用于光电子集成电路的表面等离子体波导结构.利用三维全矢量时域有限差分法对该波导结构进行了数值模拟, 并分析了其在基模传输时的模式场分布与金属结构顶角的关系以及其能量限制性.研究了该波导结构在不同金属材料下的有效折射率和传播长度对芯层宽度的依赖关系, 讨论了两个该波导结构之间的耦合长度、最大转移功率和彼此间的串扰.结果表明: 光场被高度限制在芯层区域, 在金属结构顶角为135°时, 其能量限制因子更高；在金属材料确定的情况下, 有效折射率随芯层宽度增大而减小, 而传播长度增大；在芯层宽度一定的条件下, 两个波导结构间的耦合长度随波导间距增大而增大, 最大转移功率和串扰随波导间距增大而减小.
集成光学 光波导 表面等离子体波导 时域有限元差分法 光电子集成电路 Integrated optics Optics waveguide Surface plasmonic waveguide Finite-Difference Time-Domain Optoelectronic integrated circuit
北京邮电大学 光通信与光电子学研究院, 北京 100876
报道了一种Si基长波长、窄线宽光探测器。该探测器采用异质外延生长技术, 首先在Si衬底上生长高质量的GaAs基滤波器, 接着生长InP基PIN光探测结构。其中的GaAs/Si异质外延生长, 采用中间刻槽工序实现了高质量、无裂纹的GaAs基外延层。制备的集成器件, 在波长1573.2 nm处, 获得了1.1 nm的光谱线宽以及9%的量子效率, 其中吸收层厚度为300 nm。
光电子学 光探测器 异质外延 波长选择 光电子集成
1 天津工业大学信息与通信工程学院, 天津 300160
2 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
3 天津大学电子信息工程学院, 天津 300072
较详细地分析了用于全硅片上光互连所用光波导(如多晶 Si/ SiO2、Si/ SiO2、Si3N4/SiO2)需满足的基本条件、制作方法以及损耗机制, 总结了目前的研究进展。
光电子集成 光波导 互补型金属氧化物半导体(CMOS) 硅
