兼具高效发光和电荷传输特性的有机半导体是实现有机电泵浦激光的理想候选材料，但其分子设计与合成面临着巨大挑战。高载流子传输和高效固态发光效率之间存在着天然的矛盾，这是因为高载流子传输要求分子紧密堆积并具有强的分子间相互作用，但这种相互作用会显著降低固态发光效率。本文综述了近年来报道的兼具电荷传输特性和高发光效率的联苯衍生物的研究进展，重点介绍了约20余种基于联苯衍生物的有机半导体材料，包括分子的设计策略、相关的光电性能及其在光电器件方面的应用，为兼具高电荷传输特性和高发光效率的有机半导体材料的研究提供了指导和借鉴，同时为发展与实现有机电泵浦激光奠定了材料基础。本文还对该领域未来发展的挑战、方向及机遇进行了简单评述。

石墨烯-氮化硅光电器件在光电集成方面具良好的性能, 但在氮化硅上转移石墨烯的可见度通常不佳, 导致难以判断转移石墨烯的效果, 因此研究石墨烯在氮化硅上的可见性具有重要意义。基于菲涅耳公式, 推导出石墨烯在多层结构下的光学反射率和对比度理论计算公式, 使用MATLAB仿真并分析石墨烯/氮化硅/二氧化硅/硅多层结构下不同二氧化硅厚度对光学对比度的影响。仿真结果表明, 在特定的二氧化硅层厚度下, 石墨烯的光学对比度能显著增加, 从而使石墨烯在显微镜下清晰可见, 能更好地判断石墨烯的转移效果, 当二氧化硅厚度为2 547 nm时, 使用500 nm的青绿色光源作为背景光, 石墨烯与周围介质的对比度能够超过0.3。最后对二氧化硅厚度为2 330 nm和2 690 nm的石墨烯/氮化硅/二氧化硅/硅多层结构的样品进行对比度实验, 实验结果与理论预测有一定差异, 分析表明主要原因为材料沉积厚度和光源波长存在偏差, 这对后续改进器件制作工艺以及完善测试方式具有指导意义。

针对传统电光调制器存在调制速度慢、损耗高和封装尺寸大等问题, 采用高电光系数的高分子材料, 结合狭缝波导理论, 提出了一种基于振荡微环的电光调制器, 并利用COMSOL Multiphysics和Lumerical FDTD solutions仿真软件对该调制器的关键性能进行仿真分析。分析结果表明: 该电光调制器在小封装尺寸条件下, 具有优异的光电性能, 而且兼容互补金属氧化物半导体(CMOS)标准制造工艺。

表面等离激元具有突破光学衍射极限、局域场增强等特点, 有望代替电子和光子作为信号载体, 综合光学系统的高带宽特性与电子系统的紧凑性, 构建新一代高速、高集成化的光电集成电路。为了有效探测表面等离激元, 基于时域有限差分法提出一种基于周期性光栅的平面型表面等离激元探测结构模型, 其中包括耦合光栅、条形波导以及探测光栅。首先简要阐述了探测结构的工作原理, 并建立了工作在670, 1 310和1 550 nm波段的仿真模型; 同时研究等离激元耦合效率随入射光偏振角度的变化以及等离激元吸收率与波导长度的关系; 最后实验制备了相应的表面等离激元探测结构。结果表明: 表面等离激元的耦合效率与偏振角度成余弦平方关系; 在670 nm波段, 吸收率在波导长度为5 μm的条件下为4.3%, 衰减长度为17.1 μm, 与表面等离激元传播长度的理论值17.5 μm基本吻合; 实验测得的光电流随偏振角度的变化趋势与仿真的吸收率变化趋势一致, 证实了上述模型能够实现对表面等离激元的有效探测。所提出的表面等离激元探测结构模型为将来高速、集成化的新型光电集成电路提供了理论和实验基础。

介绍了LNOI材料、光波导制备、光耦合和器件技术方面的研究进展, 并针对LNOI材料在光电集成芯片方面的发展进行了展望。

在PIN光电探测器(PIN-PD)结构的垂直方向上集成垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构单元,实现了收发一体式工作的集成光电芯片对,可用于进一步提高光互连的性能。该集成光电芯片可以同时对两个波段进行收发一体工作,一端进行中心波长为805 nm的光信号的发送和中心波长为850 nm的光信号的接收,另一端进行中心波长为850 nm的光信号的发送和中心波长为805 nm的光信号接收。仿真优化805 nm波长处光信号发送端的结构与性能,理论分析结构中VCSEL单元和PIN-PD单元工作时的电学隔离和光学解耦,最终证实本结构可以同时进行收发一体的工作。