1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401332
3 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种广泛使用的介电材料, 由于其电光系数大, 透明范围大, 本征带宽宽, 因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好, 刻蚀速率慢, 其微结构参数难以控制。针对以上问题, 该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究, 分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明, 在优化的工艺条件下, LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min, 制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究, 建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法, 为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。
绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI) 集成光子学 脊形结构 电感耦合等离子体刻蚀 微结构参数 lithium niobate on insulator (LNOI) integrated photonics ridge structure inductively coupled plasma etching microstructural parameters
南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院, 弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种多功能多用途的人工晶体, 被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速, 有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度, 使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称, 是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控, 重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果, 概述了铌酸锂光折变波导和孤子, 及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应, 并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势, 在光子学芯片的竞争中占据主导地位。
铌酸锂晶体 光折变效应 机制 掺杂 全息存储及显示 集成光子学 lithium niobate crystal photorefractive effect mechanism doping holographic storage and display integrated photonics 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1626
南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093
光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格, 可以实现高效灵活的非线性频率转换, 并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料, 经历了从体块到薄膜的发展, 伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破, 催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。
光学超晶格 体块材料 铌酸锂薄膜 准相位匹配 激光技术 光场调控 集成光子学 optical superlattice bulk material LiNbO3 thin film quasi phase matching laser technique light field manipulation integrated photonics 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1527
与天然或人工晶体结构类似, 微结构材料是采用功能基元(即人工微结构,也可称为“人工原子”)加空间序构的方式构筑的新材料体系, 它可以实现均匀材料所不具有的超常物性。从半导体超晶格开始, 人工微结构经历了光学超晶格、光(声)子晶体、超构材料等的发展, 性能调控范围也由原来的电性能扩展到光、声、热、磁、力等。近年来有关铌酸锂晶体及其人工微结构研究举世瞩目, 以南京大学为代表的中国科研团队从铌酸锂晶体的畴结构调控开始, 在该领域做出许多原创性工作, 研究水平居国际前列。展望未来, 发展铌酸锂集成光子学还面临三方面的挑战, 包括LNOI器件的刻蚀技术、铌酸锂晶圆缺陷和大尺寸铌酸锂薄膜的制备。
非线性 人工微结构 光学超晶格 人工晶体 铌酸锂 集成光子学 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1515
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
理论分析了降低雪崩光电二极管(APD)噪声、提高其增益及带宽的一般方法。面向APD综合响应度与带宽之间存在的固有矛盾问题, 提出了采用三维纳米化技术降低APD的噪声, 以及采用集成光学技术提高APD的响应度的解决方案。在此基础上, 从表面等离基元聚光结构与垂直光入射型APD的混合集成、超透镜与垂直光入射型APD的混合集成, 以及阵列波导光栅(AWG)与光侧入射倏逝波耦合波导(EC)APD的单片集成等三个方面, 综述了集成化高速APD的研究进展, 对该领域的发展趋势进行了展望。
InP集成光子学 光通信 光电探测器 雪崩光电二极管 InP integrated photonics optical communication photodetedtor APD
红外与激光工程
2022, 51(5): 20220312
红外与激光工程
2021, 50(7): 20211045
1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 光迅科技股份有限公司，武汉 430074
随着5G技术的飞速发展，高速光通信网络的建设迫在眉睫，而铌酸锂电光调制器是高速光通信中信号调制系统的重要组成部分，提高铌酸锂电光调制器的性能是高速信号调制技术进一步发展的基础。从铌酸锂电光调制器市场情况出发，总结了近年来铌酸锂电光调制器在各方面可行的改进和研究，比较了各种研究成果，探讨了几种改进方法的优缺点，并进行了相应的实验研究，指出了硅基集成铌酸锂电光调制器在未来通信系统中的远大应用前景。
铌酸锂 电光调制器 集成光子学 小尺度 lithium niobate electrooptic modulator integrated photonics small scale
上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
随着网络传输数据流量的爆炸性增长, 传统电交换由于其有限的带宽和高功耗将很难满足网络带宽发展需求。光交换能直接在光域上完成光信道间信息的交换, 具有高速、宽带、透明、低功耗以及潜在的低成本等诸多优点, 能满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算机光互连网络建设的迫切需求。文章介绍了集成光开关的发展现状及核心技术, 包括采用氧化硅、III-V族半导体材料和硅材料来制作光开关的进展以及各种技术的特点。其中硅基集成光开关具有结构紧凑、功耗小、成本低以及与互补型金属-氧化物-半导体(CMOS)工艺兼容的优势, 适合大规模光开关制作和量产, 具有潜在的巨大市场商用价值。文章重点介绍了实现硅基光开关的核心单元器件以及几种代表性光开关阵列, 并对光开关状态监控和调节以及光电封装做了阐述。
硅基光电子 光开关 光波导 集成光子学 silicon photonics optical switch optical waveguide integrated photonics
1 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
2 山西大学计算中心, 山西 太原 030006
设计了一种由涂覆双层石墨烯的圆形介质纳米线组成的表面等离子体光波导。利用有限元法(FEM), 数值分析了纳米线半径、介质夹层厚度、石墨烯化学势以及工作频率对波导所支持的电磁场模式的有效折射率、传播长度、归一化模式面积以及品质因数等模式特性的影响。结果表明, 这种新型的混合表面等离子体光波导具有很强的模式束缚能力, 归一化模式面积非常小, 可以实现极高密度的器件集成, 并且传输损耗较低。
石墨烯 表面等离子体光波导 模式特性 集成光子学器件 Graphene surface plasmon waveguide modal properties integrated photonic devices
