1 华东师范大学物理与电子科学学院，上海 200241
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
近年来，薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速，其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用，本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展，讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术，并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统，包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源，以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势，将对整个光电子产业产生难以估量的影响。
之江实验室智能网络研究院，浙江 杭州 311121
模式转换器是片上模式复用（MDM）系统的关键器件。为在绝缘体上铌酸锂（LNOI）中实现结构紧凑的模式转换，本文提出了一种基于超表面结构的模式转换器。该模式转换器可以实现TE0-TE1、TE0-TE2的转换。为了在模式之间实现高效转换，采用逆向设计方法，结合3D电磁场仿真，优化器件倾斜周期性亚波长条形蚀刻结构参数，以同时符合沿传播方向的相位匹配要求，以及符合短耦合长度的横向方向折射率分布要求。仿真结果表明，器件在1400~1700 nm波段内，TE0-TE1转换的插入损耗<0.8 dB，模间串扰<10 dB，模式转换区长度~20 μm。且该器件具有较好的高阶模式转换扩展性以及工艺容差性，是未来LNOI的高密度集成MDM系统中模式转换器的良好备选方案。
光学器件 模式转换器 集成光子器件 铌酸锂 光学学报
2023, 43(16): 1623020
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所集成电路材料全国重点实验室，上海 200050
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
凭借优异的材料与光学特性，第三代半导体——碳化硅材料在集成光子学领域发展迅速并获得广泛关注。当前碳化硅材料正逐渐发展为可与CMOS工艺兼容的优异光子学材料平台。受益于高非线性系数和低光学损耗特性，碳化硅材料已广泛应用于多种片上非线性光学效应的实现，如高效二次谐波、快速电光调制和孤子光学频率梳产生等。同时与金刚石类似，碳化硅材料具有性能优异的二能级固体自旋色心，基于碳化硅色心与谐振腔的腔量子电动力学效应在近年来也得到广泛研究。综合近几年来国内外在碳化硅光子学上的研究现状，介绍碳化硅在集成非线性光学和集成量子光学领域中的最新研究进展，并就碳化硅光子学的未来发展趋势进行展望和讨论。
光子器件 碳化硅 非线性光子学 量子光学 集成光路 光学学报
2023, 43(16): 1623017
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
石墨烯/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展, 因石墨烯所具有的诸多独特的物理性质如超高载流子迁移率、超高非线性系数等, 石墨烯/硅基异质集成器件展现出了诸如超大带宽、超低功耗等优异性能。文章介绍了近年来报道的典型石墨烯/硅基异质集成器件, 包括石墨烯/硅基电光调制器、石墨烯/硅基热光调制器和石墨烯/硅基光电探测器, 简要阐述了其原理与性能, 并对其未来的应用与发展做出了展望。
1 中山大学电子与信息工程学院广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室，广东 广州 510275
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广东 广州 510275
3 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519000
高品质光子材料是集成光子学领域发展的重要基础。近年来，硅基硫系集成光子器件在光信息处理芯片和系统应用方面获得了广泛研究。梳理了硫系玻璃材料、集成光器件、系统应用之间的影响关系，介绍了超低损耗硫系集成光子器件的制备技术路线及其在光信息处理领域的最新研究进展。因硫系玻璃具有超大带宽的透光窗口、高克尔非线性、大光弹系数和易于片上混合集成等特点，硫系光子集成器件在光信息处理应用领域体现出多谱段、低阈值和多功能集成的优势。最后结合硫系材料特点，对硫系集成光子器件在未来多功能光子集成器件及高速光信息处理应用中的机遇和挑战进行了展望。
集成光学 光子集成器件 硫系玻璃 非线性 声光效应 混合集成 光学学报
2022, 42(23): 2313001
1 江南大学理学院光电科学与工程系, 江苏 无锡 214122
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
超构表面可看成二维超构材料, 能够在表面空间内控制光场分布。可调谐超构表面作为新的设计需求成为目前热门研究领域。利用动态可调谐的超构表面对光场的相位、偏振、强度等维度精准调控, 以及调控光场与物质的相互作用研究是当前基础科学与多学科融合发展的前沿研究。系统介绍了动态可调谐超构表面在结构色、偏振转换、完美吸收、图像处理等光场多维度调控及应用方面取得的最新研究进展, 总结了可调谐超构表面的研究前沿与应用前景。
可调谐超构表面 微纳光子器件 人工微纳结构 光场调控 器件设计 active metasurface micro-nano photonic device artificial nano-structure spectral control device design
华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
高线性度电光调制器主要用于解决微波光子系统中电信号到光信号转化时信号非线性失真的问题，微波光子链路的性能会受到电光调制器线性度的影响。本文首先分析了调制器产生非线性的原理，然后从电学域和光学域两方面概述了国内外提高调制器线性度的研究进展，并着重介绍了MZM串/并联法与微环辅助法的原理与研究进展，最后概述了薄膜铌酸锂在高线性度调制器上的应用，并对薄膜铌酸锂高线性度调制器的应用前景进行了展望。
光学器件 高线性度 电光调制器 微波光子器件 薄膜铌酸锂 无杂散动态范围 中国激光
2022, 49(12): 1206001
红外与激光工程
2022, 51(3): 20220087
1 重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065
2 重庆邮电大学 通信新技术应用研究中心, 重庆 400065
3 重庆信科设计有限公司, 重庆 401121
为了减小在剧烈环境中脉搏波信号产生的运动伪迹, 采用mimic数据库中由光子器件构成的光电传感器采集的脉搏信号, 通过陀螺仪信号和三轴加速度互补滤波来矫正三轴加速度的角度, 运用奇异谱分析将矫正后的三轴加速度信号分组为不同频率成分的信号, 作为三级快速横向递归最小二乘(FTRLS)算法的参考信号自适应消除运动伪迹。结果表明, 与最小均方算法、递归最小二乘法相比, 信噪比分别提升了12.2%、6.7%, 均方根误差分别减少了30%, 11%, 并且提高了计算速度。该研究对去除频域上脉搏波的运动干扰谱峰, 保留重博波信息是有帮助的。
光子器件 运动伪迹 互补滤波 奇异谱分析 快速横向递归最小二乘算法 photonic device motion artifact complementary filtering singular spectrum analysis fast transverse recursive least square algorithm
