清华大学 电子工程系/北京国家信息科学技术研究中心， 北京 100084
随着射频通信频谱资源的逐渐饱和，局域范围内高速通信亟需开辟一条新的赛道，而可见光通信得益于光的大带宽本质和通信范围有限而频谱免许可，是传统通信的理想补充之一。GaN基蓝绿光发光光源近十年来的快速发展，特别是性能优良的小尺寸高速光源microLED的发展，使其成为“万物互联”的物联网时代终末端通信的重要促进力量。文章分蓝绿光microLED和带有谐振腔的GaN基蓝绿光光源(含超辐射发光二极管和激光器)两个主要类别，回顾了蓝绿光高速光源的发展历程和最新进展，主要包括microLED结构与阵列、面发射腔增强光源、边发射腔增强光源三个方面。
光通信 氮化镓 高速 谐振腔 optical communication gallium nitride highspeed microLED microLED resonator
1 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093
2 中国航发四川燃气涡轮研究院，成都 610500
采用蒙特卡罗方法模拟光子在散射介质中传输的物理过程，研究发散光束对消光法粒径测量的影响。将平行入射光条件下数值结果与Lambert-Beer模型进行对比验证，分析了入射光发散角变化对消光光谱的影响。搭建基于发散光束的消光实验平台，分别在入射光平行和发散条件下测得三种聚苯乙烯乳胶球标准颗粒消光光谱，其与蒙特卡罗模拟结果变化趋势基本一致。数值和实验消光谱的粒径反演结果表明：随发散角增大，测得粒径与标称值误差越大，发散角为5°时粒径的反演误差均在4.62%以内，但发散角为20°时标称粒径0.2、0.8、2.88 μm的颗粒样品测量误差分别为4.25%、12.75%、-9.55%。进行误差修正，通过蒙特卡罗方法建立的发散光束数值模型构造系数矩阵，对粒径0.8 μm的颗粒在发散角为5~20°的实验消光谱反演，误差在2.00%以内。
颗粒测量 消光法 蒙特卡罗方法 发散光束 反演 Particle sizing Light extinction method Monte Carlo method Divergent beam Inversion 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220270
清华大学 电子工程系/北京信息科学与技术国家研究中心, 北京 100084
超宽带光电子芯片是下一代无线通信、先进电子信息装备中光纤传输与信号处理的关键元器件, 芯片中光子、电子、电磁场之间的相互作用是决定芯片性能的核心因素。文章通过介绍超宽带光电探测器芯片、电光调制器芯片等方面的研究进展, 分享课题组在破解上述核心科学问题、提高芯片性能的关键技术方案。
光电子芯片 光探测器 电光调制器 optoelectronic devices photodetectors optical modulators
红外与激光工程
2021, 50(7): 20211052
Author Affiliations
Abstract
Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
A novel thin-film lithium niobate (TFLN) electro-optic modulator is proposed and demonstrated. -silica hybrid waveguide is adopted to maintain low optical loss for an electrode spacing as narrow as 3 µm, resulting in a low half-wave-voltage length product of only 1.7 V·cm. Capacitively loaded traveling-wave electrodes are employed to reduce the microwave loss, while a quartz substrate is used in place of a silicon substrate to achieve velocity matching. The fabricated TFLN modulator with a 5-mm-long modulation region exhibits a half-wave voltage of 3.4 V and a merely less than 2 dB roll-off in an electro-optic response up to 67 GHz.
lithium niobate electro-optic modulator wideband half-wave voltage Chinese Optics Letters
2021, 19(6): 060016
清华大学电子工程系，北京国家信息科学技术研究中心，北京 100084
目前，c面氮化镓(GaN)基发光二极管的制备技术已经十分成熟并取得了商业化成功，但仍面临极化电场导致的大电流密度下效率下降(Droop效应)和黄绿光波段效率低的问题。为消除极化电场的影响，人们开始关注半极性和非极性面GaN。其中，基于传统极性面衬底通过三维结构生长来获得半极性和非极性GaN的方法，由于其低成本和生长的灵活性，受到了广泛研究。本文首先总结了三种GaN三维结构的制备方法并分析其生长机理。接着，在此基础上介绍了不同晶面InGaN量子阱的外延生长和发光特性。最后，列举了GaN基三维结构在半极性面LED、颜色可调LED和无荧光粉白光发光二极管方面的应用。
氮化镓 发光二极管 三维结构 无荧光粉白光 效率下降 GaN lightemitting diode threedimensional structure phosphorfree white light efficiency droop
1 清华大学 电子工程系 北京信息科学与技术国家研究中心, 北京 100084
2 清华大学 柔性电子技术研究中心, 北京 10084
3 浙江清华柔性电子技术研究院 柔性智能光电子技术研究所, 浙江 嘉兴 314006
设计了一种适合集成的基于介质超表面的透射式光束偏转器, 可在1 550 nm附近的红外波段实现大角度偏转, 同时具有宽光谱、高效率的优势。根据广义斯涅尔定律设计并优化了光束偏转器的结构, 由横截面为梯形的非晶硅纳米柱周期性排列在石英玻璃衬底上构成, 相比于传统超表面采用多个纳米柱实现离散的相位梯度, 梯形纳米柱形成的连续相位梯度可以获得更好的偏转特性。利用时域有限差分算法对光束偏转器的效率、偏转角、宽光谱和入射角度依赖性等性能进行了仿真分析, 采用电子束光刻等工艺制备加工出上述器件并进行了测试。仿真结果表明: 偏转器在1 350~1 650 nm波段均具备良好的偏转特性, 平均透射率高于87%, 平均偏转率为81%; 器件在1 550 nm处实现了42.8°的大偏转角, 透射率为84%, 偏转率为80%, 且允许入射角度在-10°~5°变化。实验测试结果表明: 对于1 550 nm波长, 光束偏转角度在41°附近, 器件透射率约为76%, 约35%的入射光偏转到目标角度。上述方案为近红外超表面器件的设计提供了新的思路, 实现了效率、偏转角和适用波长的优化, 透射式光路更加适合集成, 应用潜力更大。
近红外 宽光谱、大偏转角 光束偏转器 介质超表面 梯形纳米柱 near-infrared broadband and large deflection angle beam deflector dielectric metasurface trapezoidal nanopillars
北京信息科学与技术国家研究中心, 清华大学电子工程系, 北京 100084
随着数据中心、5G宽带无线通信的不断发展,短距宽带传输的需求大幅增长,极大地推动了高速光电器件的发展。在短距应用中,虽然直接调制激光器具有低成本、低功耗的优势,但其调制带宽和传输距离受到张弛振荡频率和频率啁啾的限制。电吸收调制激光器(EML)集成光源具有大调制带宽、低频率啁啾的特点,可以实现更高速率和更远距离的传输。介绍了EML集成光源的外延集成方案和器件结构,并介绍了国内外研究机构对高速率、大功率、低成本EML的主要研究进展,最后对EML的未来发展进行了展望。
激光器 半导体激光器 调制器 电吸收调制激光器 光子集成
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Center for Flexible Electronics Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3 Flexible Intelligent Optoelectronic Device and Technology Center, Institute of Flexible Electronics Technology of THU, Jiaxing 314006, China
An equivalent circuit model including multi-section distributed parameters is proposed to analyze wideband photodiodes (PDs) with coplanar waveguide (CPW) electrodes. The model helps extract CPW parameters as well as intrinsic bandwidth parameters so that the influence of the CPW structure can be investigated, making it valuable for the design of high-performance PDs. PDs with an inductive 115 Ω impedance CPW are fabricated, and the 3 dB bandwidth is improved from 28 GHz to 37.5 GHz compared with PDs with a conventional 50 Ω impedance CPW.
photodiodes photodetector high-impedance coplanar waveguide Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 061301
