矽基混合電漿納米光波導器件與套用

《矽基混合電漿納米光波導器件與套用》是依託上海交通大學，由蘇翼凱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽基混合電漿納米光波導器件與套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蘇翼凱
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

為了滿足不斷增長的通信、計算和信息處理速度的要求，人們嘗試在矽基晶片中融入光，利用光子無與倫比的傳輸速度與頻寬，從本質上解決基於銅線的傳統互連技術在速率、傳輸距離和功耗上的極限。此方面研究的一個重要挑戰是大幅度減少光波導傳輸所占的晶片面積。打破傳統介質波導衍射極限的一種有效方法是採用表面等離子激元技術，將通信波段的光局限在深亞波長級的波導中，可以像金屬線傳導電子一樣在納米尺度上傳輸光波。但是為了實現非線性信息處理需要較大的功率和較長的距離，傳統表面電漿器件的尺寸和功耗限制了其在集成光路中的套用。本研究工作的重點是設計可與CMOS平台集成的矽-聚合物-金屬波導結構，將光局限在納米級具有超高非線性特性的聚合物中，從而實現超高非線性和低損耗。器件能實現體積緊湊、高度集成的超高非線性信號處理功能，成果可望套用於下一代集成的通信、計算、存儲、互聯繫統中。

結題摘要

本項目設計了矽－聚合物－金屬納米光波導器件及調製器，並進一步提出和設計了基於矽基表面電漿效應的16QAM高階碼型調製器、模式選擇布喇格光柵反射器、光參量放大器等。製備並測試了關鍵的狹縫波導納米器件，進行了多波段光無線信號產生、處理及傳輸的系統演示。具體來說，提出了一種新型矽基表面電漿調製器，其基本單元是矽基金屬-介質-金屬狹縫移相器，可有效減少模場體積（50 x 80 nm），提高調製效率。此外還提出基於表面電漿的移相器，僅用二個移相器就可以實現16-QAM高階調製器，具有簡單緊湊的優點。提出了矽基表面電漿模式選擇布拉格濾波器結構，具有結構緊湊的優點，可實現同時的波長和幅度調諧功能。設計了具有強模場局域性、低損耗的納米矽基表面電漿波導結構並分析了器件特性。為了實現低損耗和模場的局限性，我們提出矽基混合表面電漿（SHP）波導結構，即矽-聚合物-金屬波導，基於矽脊形波導結構，在波導脊周圍以氣相沉積方式沉積上一層聚合物薄膜，最後再在聚合物薄膜上鍍上金屬。SHP波導使得光被局限在納米級聚合物波導里，從而達到納米級的模場和低損耗，可望實現小體積高速光信號處理器件。製備了能與矽波導集成的具有納米級模場直徑以及較小的傳輸損耗的光波導器件。狹縫最小尺寸72納米。在系統套用方面，進行了多波段信號產生、調製、傳輸與處理的系統實驗。利用六倍頻和分層調製等技術，實現了集成化的射頻基帶融合的網路和節能光網路實驗系統，提出新型的分層調製方法，充分利用了系統冗餘度，可實現28%的節能效果。項目共發表SCI論文17篇，其中在IEEE PTL、JLT、Optics Express等影響因子大於2的SCI期刊上發表論文13篇。參加OFC等國際會議，發表論文8 篇。申報發明專利5項。承辦信息光電子研討會1次。和美國加州大學Davis分校Ben Yoo教授、美國Georgia Tech大學G.K. Chang教授合作進行博士生訪學。項目進行過程中畢業博士生、碩士生5人，在讀4人。