上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为了研究部分刻蚀光栅对波导光栅衍射光束的影响，提高集成光子学设计自由度，通过有限时域差分法仿真分析了分别在光栅边缘或中间进行波导部分刻蚀后的不同结构的性质，输入光波长为1 400～1 700 nm，覆盖1 550 nm通信波长，仿真结果表明：边缘刻蚀方法具有更高的辐射率、更低的反射率，并且可以控制辐射光场的强度分布；中间刻蚀方法波导中的反射能量更强且线宽更窄。2种刻蚀方法下，光栅尺寸越大则辐射率越高；当光栅尺寸固定，波导宽度越大则边缘刻蚀的辐射率越低。波导光栅的部分刻蚀方法可以用于集成光路的设计优化。
绝缘体上硅 光栅 波导 集成光学 silicon-on-insulators grating waveguide integrated optics
1 广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
针对二维光栅耦合器存在耦合效率低、偏振相关损耗大、结构复杂等问题，提出了一种应用于C波段的基于绝缘体上硅(SOI)材料的新型二维光栅耦合器，该耦合器由具有45°倾角的四孔交错菱形刻蚀晶胞单位周期排列组成，采用倾斜耦合方式对耦合器的周期、刻蚀深度、刻蚀圆孔的相对位置、刻蚀圆孔半径进行优化，并对其进行仿真验证。仿真结果表明：该耦合器在1 540 nm处耦合损耗低至-2.4 dB，C波段的偏振相关损耗低于0.2 dB, 1、3 dB工作带宽分别是36、58 nm。
二维光栅耦合器 倾斜耦合 耦合效率 偏振相关损耗 绝缘体上硅 温度不敏感 two-dimensional grating coupler, inclined coupling
1 广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
为设计出高效率且低偏振耦合相关损耗的二维光栅耦合器(2D-GC)，提出一种基于绝缘体上硅(SOI)的类梅花型2D-GC。该2D-GC由多个单元周期排列而成，每个单元的图案呈类梅花型，该结构中的晶胞由2对圆形图案构成，并采用时域有限差分(FDTD)法对2D-GC结构参数进行数值仿真优化。仿真结果表明：在最佳优化参数结构时，所提2D-GC的有效工作波段为1.525~1.6μm，最佳耦合效率为56%，对应的耦合损耗为-2.4 dB，偏振相关损耗为0.18 dB。
绝缘体上硅 二维光栅耦合器 类梅花型 偏振 耦合损耗 silicon-on-insulator, two-dimensional grating coup
1 西安交通大学 电子陶瓷与器件教育部重点实验室, 多功能材料与结构教育部重点实验室, 国际电介质研究中心, 电子科学与工程学院, 陕西 西安 710049
2 江西匀晶光电技术有限公司, 江西 九江332000
近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展, 但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单, 位置灵活, 对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台和绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台上已开发出大量的光栅耦合器件, 并获得较高的耦合效率和大带宽。该文主要介绍光栅耦合器的工作原理和主要性能指标, 阐述了均匀光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和切趾光栅耦合的特点及现阶段进展, 并对具有代表性的一维光栅性能指标进行了比较。结果表明, 分布式布喇格反射镜和金属反射镜可有效地提升光栅耦合效率。此外, 该文还介绍了基于LNOI平台的几种光栅耦合器, 其可帮助研究者们梳理光栅耦合器的发展历程、研究现状及各耦合器的特点, 为未来研究提供一定的参考。
光栅耦合 绝缘体上硅(SOI) 耦合效率 闪耀光栅 切趾光栅 grating coupling silicon-on-insulator(SOI) coupling efficiency blazed grating apodized grating
1 中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011
2 新疆电子信息材料与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院微电子研究所，北京 100029
总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在， SOI器件存在新的总剂量效应加固途径，对于全耗尽 SOI器件，利用正背栅耦合效应，可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律，分析了辐射导致晶体管电参数退化机理，建立了 DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV，同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型，通过晶体管背偏调控总剂量效应 SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比，N型金属氧化物半导体场效应晶体管 (NMOSFET)的背偏调控模型误差为 9.65%， P型金属氧化物半导体场效应晶体管 (PMOSFET)为 5.24%，该模型可以准确反映 DSOI器件辐照前后阈值特性变化，为器件的背栅加固提供参考依据。
双埋氧层绝缘体上硅 总剂量辐照 背偏调控 模型 DoubleSilicon On Insulator Total Dose Irradiation back gate bias control model 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(6): 549
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
硅基光子集成谐振腔作为光学敏感单元对芯片级光学陀螺的性能起着至关重要的作用。以互易敏感增强型双微环架构的光子集成陀螺谐振腔为研究对象，通过时域有限差分法仿真分析了双微环谐振腔的关键结构参数，并通过搭建仿真链路研究了微环谐振腔的品质因子、精细度与耦合系数、传输损耗的内在关系。在此基础上，选取典型结构参数设计版图，基于无源硅基光子集成工艺的多项目晶圆流片制备了双微环谐振腔器件。测试结果表明，当微环半径为500 、波导与微环的耦合系数为0.3时，在工作波长1550 nm附近微环的自由光谱范围为0.182 nm，3 dB带宽为0.045 nm，精细度为4.04，品质因子约为。本研究结果为双微环谐振腔的进一步优化设计提供了依据。
集成光学 陀螺 双微环谐振腔 绝缘体上硅 耦合系数 品质因子 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1313001
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析, 设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵, 并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工艺完成了CMUT二维面阵的加工。通过对CMUT二维面阵进行电容-电压(C-V)测试, 发现静态电容测试值与设计值基本一致, 测量了CMUT二维面阵中64个阵元的电容, 测量的平均电容为26.3 pF, 其标准差为4.27 pF, 验证了所制造的器件具有良好的均匀性。在水中测试了CMUT二维面阵的超声发射和接收功能, 得到测试距离与实际距离偏差不到1%, 实验表明, 不同距离下CMUT的发射和接收能力良好。
电容式微机械超声换能器(CMUT) 二维面阵 硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合 电容-电压(C-V)测试 收发特性 CMUT 2D array Si-SOI bonding C-V test transceiver characteristic
电子科技大学 光电科学与工程学院, 成都 611731
利用COMSOL软件设计了一种基于S型Y分支SOI脊波导的石墨烯M-Z电光调制器, 并对Y分支波导曲率半径、相位臂长度、芯层间距和输入输出直波导长度等结构参数对调制器的影响进行了分析。在此基础上对电光调制器的性能指标进行了计算和优化, 最终设计出了3dB带宽为143GHz、消光比为15.05dB的硅基石墨烯M-Z电光调制器。
石墨烯 M-Z电光调制器 S型Y分支波导 绝缘体上硅脊形波导 graphene M-Z electro-optical modulator S-Y branch waveguide silicon-on-insulator ridge waveguide
