1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 河南仕佳光子科技股份有限公司河南省光电芯片与集成重点实验室, 河南 鹤壁 458030
数据中心光互连正朝着高速方向发展。针对数据中心光互连过程,采用折射率差为1.5%的石英基二氧化硅光波导,设计并制备了光电集成的小型化、低损耗、小输出模场的四通道粗波分解复用芯片,该芯片满足高速数据中心200 Gbit·s -1/400 Gbit·s -1的传输速率要求,最小插入损耗小于1.07 dB,1 dB带宽大于13.7 nm,3 dB带宽大于16.1 nm,偏振相关损耗小于0.08 dB,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于30 dB。所设计的芯片完全满足高速数据中心光互连的波分复用芯片商用要求。
光学器件 粗波分解复用 数据中心光互连 石英基
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 00083,China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering，University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
提出了一种基于平面光波导工艺的带有可调定向耦合器的非对称MZI结构.模拟结果显示，当定向耦合器的两个耦合臂的折射率独立改变时，定向耦合器的调制效果较好；当调制电极与耦合区的波导间距为0时，两个耦合臂的温度差达到最大.测试得到，AMZI的插入损耗为2.05 dB，延迟时间为151.4 ps，脉冲对的功率比近似为1.该器件有助于提高集成QKD器件的性能.
非对称MZI干涉仪 热场模拟 量子密钥分发 asymmetric Mach-Zehnder interferometer thermal field simulation quantum key distribution
1 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
刻蚀衍射光栅作为波分复用/解复用器件，有望在光通信系统中得到广泛应用。在基于顶层硅厚度为220 nm的绝缘体上硅材料上设计并制作了一种新型刻蚀衍射光栅，该刻蚀衍射光栅引入六角晶格空气孔型光子晶体作为其反射镜。模拟结果显示，相较于传统的阶梯光栅反射镜的刻蚀衍射光栅，光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅在理论上可有效降低器件的制作工艺难度以及插入损耗，同时可以实现器件偏振的保持。随后仅利用一步电子束光刻工艺及一步电感耦合等离子体刻蚀工艺制作了该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅。测试结果表明：该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅片上损耗为9.51~11.86 dB，串扰为5.87~8.72 dB，后续可通过优化工艺条件和优化输出波导布局，进一步提高器件的性能。
刻蚀衍射光栅 光子晶体 硅基光子学 波分复用/解复用 etching diffraction grating photonic crystal silicon photonics wavelength division multiplexing/de-multiplexing 红外与激光工程
2019, 48(9): 0916005
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100083
设计并制作了硅基二氧化硅波导阵列相控芯片, 该芯片由分束单元、相位调制单元、输出波导阵列三部分构成, 分束单元采用三级1×2的光分束器级联而成, 相位调制单元采用热光调制方式, 输出部分包含8根密集阵列波导.8根波导输出的光在远场发生干涉, 形成扫描光束, 加电后通过二氧化硅热光效应, 折射率变化0.027%(0.000 4)时, 扫描光束偏转5.5°.该波导相控阵列采用2.0%超高折射率差的硅基二氧化硅波导为材料, 经等离子体增强化学气相沉积法进行材料生长及退火, 再经电感耦合等离子体干法刻蚀技术进行刻蚀, 最后切割抛光制作而成.测试结果表明, 静态下该芯片8条输出阵列波导形成清晰干涉光斑, 在电压达到130 V时, 热调制相位后, 光斑移动5.5°.
光子器件 光学相控阵 硅基二氧化硅 热光调制 不等间距波导 Photonic devices Optical phased array Silica on silicon Thermo-optic modulation Unequal spacing waveguide
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
论述了光学相控阵的原理,回顾了光学相控阵的发展历程,特别是近年来硅光子相控阵的研究进展。利用与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺线相兼容的绝缘体上硅(SOI)技术实现了大规模的集成,目前国外报道的最大的硅光子相控阵集成了4096个阵元。在硅光子上实现的二维光束扫描角度可以达到46°×36°,光束宽度只有0.85°×0.18°,天线的损耗小于3 dB,且旁瓣抑制大于10 dB。此外,采用微机电系统(MEMS)器件实现的光学相控阵的光束扫描速度超过0.5 MHz。阐述了各种方式实现光学相控阵的优缺点,并对未来发展前景进行了展望。最后,介绍了光学相控阵在激光雷达、成像、**上的应用。
光学器件 光波导 光学相控阵 扫描角度 绝缘体上硅 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020006
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Both the 4×20 GHz coarse wavelength division multiplexing and LAN-WDM receiver optical sub-assemblies (ROSAs) were developed. The ROSA package was hybrid integrated with a planar lightwave circuit arrayed waveguide grating (AWG) with 2% refractive index difference and a four-channel top-illuminated positive-intrinsic-negative photodetector (PD) array. The output waveguides of the AWG were designed in a multimode structure to provide flat-top optical spectra, and their end facet was angle-polished to form a total internal reflection interface to realize vertical coupling with a PD array. The maximum responsivity of ROSA was about 0.4 A/W, and its 3 dB bandwidth of frequency response was up to 20 GHz for each transmission lane. The hybrid integrated ROSA would be a cost-effective and easy-assembling solution for 100 GbE data center interconnections.
060.4230 Multiplexing 230.7370 Waveguides Chinese Optics Letters
2018, 16(6): 060603
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
设计并制作了一款应用于IEEE 200/400 GbE标准802.3 bs的阵列波导光栅.该阵列波导光栅使用2.0%的超高折射率差硅基二氧化硅材料，使得芯片尺寸及损耗较小.为了获得平坦化的接收光谱，将输出波导进行展宽，采用多模波导结构，激发若干个高阶模，数个模式叠加使得原本高斯状的光谱顶部产生平坦化，形成箱形接收光谱.设计的阵列波导光栅的中心波长为1 291.10 nm，通道间隔为800 GHz，芯片尺寸为11 mm×4 mm.经过等离子增强化学气相沉积和感应耦合等离子刻蚀工艺制备了芯片，测试结果表明最小的插入损耗为－3.3 dB，相邻通道间串扰小于－20 dB，单通道1 dB带宽在2.12~3.06 nm范围，实现了良好的解复用和平坦化效果，在实际光通信系统中有一定的实用价值.
阵列波导光栅 波分复用 光子器件 平坦光谱响应 光通信 Arrayed waveguide gratings Wavelength division multiplexing Photonic devices Flat spectral response Optical communication
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
现阶段的光模块封装类型已从小型可插拔(SFP)系列逐渐向100 Gb/s可插拔(CFP)系列和4通道SFP(QSFP)系列过渡, 传输速率最高可达400 Gb/s, 发射端激光器消光比大于9 dB, 光波分复用器插入损耗小于1 dB, 发射功率大于0.3 dBm, 接收端探测器响应度为0.7 A/W, 接收灵敏度小于-17 dBm。阐述了在数据中心光互连中可以应用于IEEE制定的40/100 GbE标准802.3 ba的发射和接收集成芯片, 主要包括分立器件组装芯片、混合集成芯片和单片集成芯片, 介绍了其各种类型的基本结构和特性。
光学器件 硅光子 波分复用 阵列波导光栅 数据中心 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 120002
