华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
掺铋（Bi）光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注，然而实现U波段高效放大的高锗（Ge）掺铋光纤在国内依然尚未研制成功，这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点，同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一个难题。基于改进的化学气相沉积技术，制备了一种纤芯GeO2摩尔分数约为42%的高锗掺铋光纤。其吸收测试结果显示，在1650 nm处出现明显的Ge相关铋活性中心的吸收峰。通过单级放大系统表征了其放大性能，在1670 nm处实现了26.3 dB的最高增益，增益效率达0.165 dB/mW。
光纤光学 高锗掺铋光纤 改进的化学气相沉积 U波段 放大
华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
目前基于掺铒光纤放大器（EDFA）的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段（1524~1625 nm）。在E+S波段，锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽，具有重要研究价值，但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺铋光纤，其使用长度得到大大缩短，同时具有高增益。基于前向泵浦结构测试了掺铋光纤的增益性能，泵浦功率和波长分别为367 mW和1310 nm，输入信号总功率为-20 dBm。结果表明，50 m长的光纤在1414~1479 nm实现了大于20 dB的增益，65 m长的光纤的增益在1450 nm处达到最大（33 dB），单位长度增益系数达0.51 dB/m。研究结果证明了锗硅酸盐掺铋光纤在WDM光纤通信网络中的实际应用潜力。
光纤光学 锗硅酸盐掺铋光纤 高吸收 E+S波段 放大
1 固体激光技术国家级重点实验室, 北京100015华北光电技术研究所，北京100015
2 中国石油大学，山东 青岛266580
3 华北光电技术研究所，北京100015
中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等**领域的重要性而被广泛关注，其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用。本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题，通过分析、选材、优化等方法，制备出性能良好的中波红外带通滤光膜。以Ge为高折射率材料和基底，以SiO为低折射率材料，设计了带通膜系结构。不仅实现了在0°入射角下对295～505 m波段大于92%的高透过率、通带宽度优于37～48 m的常规应用，而且对295～505 m之外的其它波段也能达到良好的截止效果。经测试，其光洁度、牢固性等各方面性能良好，可以很好地应用于中波红外焦平面探测器。
中波红外 带通滤光膜 透过率 薄膜制备 锗 mid-wave infrared band-pass filter transmittance thin film preparation Ge
1 陆军装甲兵学院士官学校, 吉林 长春 130017
2 长春理工大学物理学院, 吉林 长春 130022
3 陆军装备部驻沈阳地区军事代表局驻沈阳地区第二军事代表室, 辽宁 沈阳 110020
4 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
由于飞秒激光脉冲宽度小于靶材电子—晶格热弛豫时间, 飞秒激光烧蚀靶材过程以及诱导击穿产生的等离子体膨胀动力学过程与纳秒激光作用过程不同, 因此研究飞秒激光诱导等离子体发射光谱特性对于研究飞秒激光烧蚀机制以及飞秒激光诱导等离子体的膨胀动力学过程非常重要。 Ge材料是一种常用的中远红外探测器以及光学元器件材料, 对中心波长为800 nm, 脉宽为50 fs的激光脉冲烧蚀空气中Ge靶材产生的等离子体发射光谱强度的时间和空间演化规律研究, 并探讨了飞秒激光脉冲能量对等离子体发射光谱强度的影响规律。 实验结果表明在等离子体羽膨胀初期, 飞秒激光诱导Ge等离子体发射光谱主要由线状光谱和连续光谱构成, 在200 ns时间内连续光谱强度逐渐减弱, 线状光谱开始占主导地位。 通过探测Ge等离子体的时间分辨发射光谱, 随着等离子体的快速膨胀, 等离子体发射光谱强度随着时间的增加呈现先增加后下降变化, 在335 ns达到最大。 通过探测Ge等离子体的空间分辨发射光谱, 随着距离Ge靶材表面的位置增加, 等离子体发射光谱强度随远离Ge靶材表面距离增加呈现先增加后下降变化, 在0.8 mm位置达到最大。 由于存在等离子体自吸收机制, 等离子体发射光谱强度随着脉冲能量的增加而增加, 在脉冲能量为0.627 mJ时, 飞秒激光诱导Ge等离子体存在自吸收现象, 从而使等离子体发射光谱强度出现下降变化。
飞秒激光 锗等离子体 光谱特性 自吸收现象 Femtosecond pulse laser Ge plasma Spectral characteristics Self-absorption 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2095
【目的】针对400 Gbit/s双偏振（DP）-16正交幅度调制（QAM）相干光接收机应用的核心线性跨阻放大器（TIA）实现问题。
【方法】文章基于先进锗硅异质结双极型互补氧化物半导体（SiGe BiCMOS HBT）工艺实现了一种64 GBaud双通道差分线性TIA。芯片核心由两路完全相同的信号放大通道组成，以输入放大相干接收的I和Q分量。信号放大通道电路采用全差分电压并联负反馈结构作为核心TIA，采用两级差分可变增益放大器（VGA）级联结构实现进一步信号放大，单端输出阻抗50 Ω的电流模逻辑（CML）缓冲器作为输出级。在输入两端，分别引入了独立的直流恢复（DCR）环路以消除输入信号直流分量及差分输出直流失调，并引入了全差分直流失调消除（DCOC）以消除工艺失配产生的输出直流失调，提高电路线性度。为了提高输入动态线性范围，引入了自动增益控制（AGC）电路以自动根据输入信号强度调节TIA跨阻及VGA增益，避免信号饱和失真；为了优化输出阻抗匹配，减小静电放电（ESD）二极管寄生电容影响，输出级采用了三端口桥式－T网络（T-Coil）电感峰化负载结构，以改善输出回损，提高带宽。芯片采用先进SiGe BiCMOS HBT工艺设计制造，裸片尺寸为1.6 mm×1.8 mm，通道间距为625 μm。芯片搭配结电容Cpd=50 fF的光电二极管（PD）及相干接收光路元器件封装成集成相干接收机（ICR）组件进行测试。
【结果】封测结果表明，该芯片小信号跨阻增益为差分5 kΩ，3 dB带宽为32 GHz，总谐波（THD）小于2%，饱和输入功率达到3 dBm，整个芯片由3.3 V单电源供电，静态功耗仅为250 mW。
【结论】芯片可用于64 GBaud的相干接收应用，配合DP-16QAM调制，可实现单波400 Gbit/s传输应用。
64 GBaud 差分线性跨阻放大器 可变增益放大器 三端口桥式－T网络 锗硅异质结双极型互补氧化物半导体 64 GBaud differential linear TIA VGA T-Coil SiGe BiCMOS HBT
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
为了研究和论证锗硅材料体系在器件的工艺制备和理论性能上的优势, 拓展锗硅量子阱结构的应用范围, 采用数值仿真结合实际器件制备的方法, 进行了理论分析和实验验证, 设计了一种基于Ge/SiGe非对称耦合量子阱材料的光学相位调制器, 并在实验测试中验证了该理论的正确性。结果表明, 当电场超过40 kV/cm时, 该材料在1450 nm波长处可以达到最高0.01的电致折射率变化; 经测试发现, 实际制备的器件在1.5 V的反向偏置电压下,实现了1530 nm波长处2.4×10-3的电致折射率变化, 对应的VπLπ=0.048 V·cm, 在同类型锗硅光调制器中达到了先进水平。该研究为硅基集成光调制器的进一步发展开辟了新的方向。
集成光学 锗硅调制器 非对称耦合量子阱 相位调制 integrated optics Ge/SiGe modulator asymmetric coupled quantum well phase modulation
1 西北师范大学物理与电子工程学院，甘肃 兰州 730070
2 中国科学院高能物理研究所核探测器与核电子学国家重点实验室，北京 100043
为了更精确方便地分析测量样品的放射性含量，本文提出了利用蒙特卡罗应用软件工具（Geant4）获取高纯度锗（HPGe）探测器的全能峰效率曲线，进行放射性样品测量中全能峰效率的模拟及修正。测量距离高纯锗探头25 cm处探测器对点源中不同特征能量γ射线的实验探测效率，与模拟探测效率进行对比，采用Geant4模拟方式研究了高纯锗晶体表面死层对探测器效率的影响。通过修正上、下死层厚度依次分段对模型探测效率进行校正，优化探测器蒙特卡罗几何模型参数。将优化模型的模拟计算效率与点源的实测效率进行比较，得到了高纯锗探测器在59.54~1406 keV范围内的全能峰效率曲线。实验结果表明，蒙特卡罗模拟结果与实验测量结果有很好的一致性，相对误差在5%之内，并证实高纯锗晶体表面死层厚度随探测器的老化而发生变化，在7年后死层厚度从0.5 mm增加到约为1.40 mm0.05 mm。
探测器 放射性 高纯锗探测器 能量刻度 蒙特卡罗模拟 死层厚度 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2304001
1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管，它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成，共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni，阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极，中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性，并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地，探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势，能有效简化器件制备工艺、降低制造成本，可为下一代光电芯片研发提供参考。
锗 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers
本文采用传统的高温熔融法在空气气氛中制备了无色透明的Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃, 该硼锗酸盐闪烁玻璃中GeO2和Gd2O3总含量为85%, 测得其密度在5.82 g/cm3左右, 且在450~800 nm线性透过率可达80%以上。加入少量的酒石酸(C4H6O6)作为强还原剂以减少Ce4+的产生, 研究了在不同酒石酸添加量下硼锗酸盐闪烁玻璃中Ce3+在340 nm激发波长下的荧光衰减特性, 确定了酒石酸的最佳添加量。此外, 硼锗酸盐闪烁玻璃鲜有光产额方面的报道, 本文测得制备的Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃的光产额为27 ph/MeV, 且该高密度Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃具有最短约14.40 ns的衰减时间。可以预见, 该高密度、快闪烁硼锗酸盐闪烁玻璃在高能物理和医学成像等领域有着巨大的发展潜力。
闪烁玻璃 硼锗酸盐玻璃 酒石酸 光产额 衰减时间 glass scintillator borogermanate glass Ce3+ Ce3+ tartaric acid light yield decay time
