基於矽-聚合物複合波導的無熱化電光調製器的研究

《基於矽-聚合物複合波導的無熱化電光調製器的研究》是依託上海交通大學，由周林傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於矽-聚合物複合波導的無熱化電光調製器的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周林傑
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

調製器作為下一代處理器晶片內光互連的關鍵器件，其性能直接制約著晶片內光互連的發展。現有的矽基調製器在速度、功耗、尺寸、熱穩定性等方面還存在著各種不足，不能滿足光互連對高性能調製器的要求。本項目將從材料和器件結構入手，設計並實現一種新型的基於矽－聚合物複合波導的波長選擇性電光調製器。通過在矽雙縫隙波導內引入高非線性電光聚合物材料，增強複合波導的電光效應，來實現高速、低功耗調製；在波導上製作Fabry-Perot微諧振器，來獲得較小的調製器尺寸；最佳化調製器結構設計，使聚合物負熱光效應抵消矽材料正熱光效應，來獲得非熱敏的穩定調製。本項目將與香港科技大學合作，聯合完成對新型調製器的工藝製備工作，實現並演示高性能電光調製。項目成果將為下一代高性能調製器和晶片內光互連的發展提供有力的技術支持，促進我國高性能微處理器晶片的發展。

結題摘要

項目組經過3年時間的努力，完成了項目計畫任務書規定的各項研究內容。在基礎理論、新型矽基光子器件設計和工藝製備等方面取得了較大成果。設計並實現了矽基單電極推挽式馬赫曾德調製器，該調製器具有較高的調製性能，調製器有源區長度為3mm，半波電壓為4.5V，能實現對20Gbps OOK信號和15Gbps BPSK信號的無誤碼高速調製，利用該調製器可進一步實現高階碼型QPSK調製器。設計了基於矽-聚合物混合波導的微型強度調製器，在外加1V 電壓下就可實現對輸入光波的調製。調製器的調製頻寬>40GHz。調製功耗<1fJ/bit，這一功耗遠低於傳統的矽基調製器。設計並實現了全矽無熱化濾波器，溫度範圍從30度變化到80度時，熱敏感性約為-6.2 pm/C，比普通的矽基光濾波器小了1個數量級。設計並實現了一種具有自主產權的新型諧振腔——基於自耦合的類電磁感應致透明諧振器結構，這種諧振腔具有單一結構多種功能、工藝容錯性強等特點，能通過級聯等方式實現濾波、延遲、開關、光子信號處理等多種不同的功能，可作為矽基大規模光子集成的基本器件。實現了基於FP腔的可調梳狀濾波器，在1550 nm波段具有54個梳狀濾波通道，通道間隔大約為0.92 nm（～115GHz），Q值為57,000（相當於半高寬為3.4 GHz）,消光為26.3dB。實現了基於游標效應的可調微環濾波器，波長調節範圍為47 nm，串擾優於-20dB。 在國際學術刊物和學術會議上發表論文近40篇，其中SCI收入18篇，EI收入37篇，申請國家發明專利10項。成果受到國際同行的關注，受邀擔任國際刊物編委(ISRN Optics)、全國微光刻專業標準化技術委員會委員等職，多次受邀在國際學術會議上（如SPIE Photonics West）做邀請報告。受邀參與撰寫美國光學學會Optics & Photonics News在2011年9月出版的專題報導“Integrated Photonics in China”，本項目工作在其中予以了報導。培養了多名博士生和碩士生。在本項目牽引和推動下，項目組成功申請了國家863計畫項目，為後續研究工作的進一步推進奠定了基礎。