Author Affiliations
Abstract
1 Centre for Micro Nano Systems, School of Information Science and Technology (SIST), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Zhangjiang Laboratory, Shanghai 201210, China
The heterogeneous integration of photonic integrated circuits (PICs) with a diverse range of optoelectronic materials has emerged as a transformative approach, propelling photonic chips toward larger scales, superior performance, and advanced integration levels. Notably, two-dimensional (2D) materials, such as graphene, transition metal dichalcogenides (TMDCs), black phosphorus (BP), and hexagonal boron nitride (hBN), exhibit remarkable device performance and integration capabilities, offering promising potential for large-scale implementation in PICs. In this paper, we first present a comprehensive review of recent progress, systematically categorizing the integration of photonic circuits with 2D materials based on their types while also emphasizing their unique advantages. Then, we discuss the integration approaches of 2D materials with PICs. We also summarize the technical challenges in the heterogeneous integration of 2D materials in photonics and envision their immense potential for future applications in PICs.
two-dimensional materials silicon photonics heterogeneous integration photonic integrated circuits Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110007
1 西北民族大学土木工程学院, 兰州 730124
2 甘肃省新型建材与建筑节能重点实验室, 兰州 730124
为了促进建筑垃圾的再生利用, 通过再生微粉替代部分水泥制备干混砂浆, 探究再生微粉细度、掺量和复掺比对砂浆稠度、抗压强度、抗折强度和显微结构的影响规律。结果表明, 随着再生微粉颗粒细度的减小, 砂浆稠度整体呈下降趋势, 28 d抗压、抗折强度均呈增加趋势, 研磨40 h时, 其强度达到最大值。随着再生微粉掺量的增加, 砂浆稠度呈下降趋势, 28 d抗压、抗折强度呈先增加后降低的趋势, 当掺量为10%(质量分数)时, 抗压强度达到最大值。随着再生微粉复掺比(质量比)的增大, 砂浆稠度呈下降趋势, 砂浆的28 d抗压、抗折强度呈先增加后降低的趋势, 当研磨20 h的微粉与未研磨微粉复掺比为6∶4时, 其抗压强度达到最大值。
再生微粉 干混砂浆 细度 掺量 复掺比 力学性能 regenerated micropowder dry mixed mortar fineness content compounding ratio mechanical property
上海航天精密机械研究所,上海金属材料近净成形工程技术研究中心,上海 201600
研究了选区激光熔化（SLM)成形TC4钛合金室温拉伸及高温拉伸力学性能和微观组织,以及高温拉伸断口形貌和气孔形成原因。结果表明：SLM成形TC4钛合金沉积态试样性能呈现强度高而塑性低的特点；经过800 ℃、4 h真空退火处理后,室温拉伸力学性能达到同牌号锻件水平。在400 ℃、500 ℃和600 ℃高温拉伸条件下,沉积态试样高温抗拉强度Rm相较于退火态试样平均高出24.7%、27.9%及8.3%,而沉积态试样断后伸长率A相对较低；但在600 ℃条件下沉积态试样平均断后伸长率达到了45.5%,比退火态试样高出近一倍。退火态试样高温拉伸断口附近存在大量密集分布的气孔,气孔首先沿晶界形成,随后在拉伸变形过程中,由于试样发生颈缩变形,气孔随变形向断口部位形成聚集现象。
激光选区熔化 TC4钛合金 高温拉伸 力学性能 断裂形貌 selective laser melting TC4 titanium alloy high temperature tensile mechanical property fracture morphology
研究了退火温度和保温时间对激光选区熔化(SLM)成形TC11钛合金组织性能及断裂机制的影响。结果表明:SLM成形TC11钛合金沉积态的组织为针状马氏体,显微硬度为402 HV0.5,抗拉强度和断后伸长率分别为1557 MPa和2.5%,表现出高强度、低塑性的特点。经850 ℃/4 h和950 ℃/4 h退火后,组织分别为细密的α+β混合组织和α+β网篮组织,硬度和强度降低,断后伸长率升高;且断裂模式由沿晶断裂转变为韧性断裂,这与断后伸长率的变化规律一致。经950 ℃退火后,随退火时间缩短,α片层越细密,且晶界α相由连续分布转变为非连续分布,导致抗拉强度和断后伸长率同时增加。经950 ℃/1 h退火后,可获得强度和塑性匹配较佳的TC11钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1051 MPa和19.8%。
激光技术 激光选区熔化 TC11钛合金 热处理 组织性能 断裂机制
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 上海师范大学, 上海 200234
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料和器件重点实验室, 上海 200083
4 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
研究了一种石墨烯/铟砷量子点/砷化镓界面形成的异质结探测器的暗电流特性以及光电响应性质.虽然石墨烯具有很高的电子迁移率, 但受限于较低的光子吸收率, 使其在光电探测领域的应用受到了限制.而半导体量子点具有量子效率高, 光吸收能力强等独特优点.于是利用石墨烯-砷化铟量子点-砷化镓异质结结构制备了一种新型光电探测器.并对该探测器的响应率、I-V特性曲线、暗电流特性、探测率、开关比等关键性能进行了研究.其在637 nm入射光情况下的响应率、探测率以及开关比可分别达到为17.0 mA/W、2.3×1010 cmHz1/2 W-1和1×103.而当入射光为近红外波段的940纳米时, 响应率进一步增加到了207 mA/W.同时, 还证实了该器件的暗电流、肖特基势垒高度和理想因子对温度的都具有较高的依赖性都较强.
石墨烯 砷化镓 量子点 异质结构 肖特基结 Graphene GaAs quantum dots (QDs) heterostructure Schottky junction
1 上海师范大学, 上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
3 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
设计了一种基于SU8介质材料的工作波段为20-30微米范围内的的多层超材料吸收器.该吸收器由金属颗粒周期阵列、介质间隔层和金属底层组成.利用LC模型和FDTD数值模拟方法, 通过对SU8介质层厚度、金属颗粒阵列周期、金属颗粒尺寸等参数的优化, 实现了对20-30微米波段范围内入射波的接近100%的完美吸收.并在上述研究基础上进一步设计了具有双层谐振腔的双模完美吸收器.通过数值模拟发现, 由于SU8介质间隔层厚度的增加, 上下两个谐振吸收器可以分别独立实现对特定波长的完美吸收.相应的特征共振吸收波长符合LC模型的预测.同时, 数值模拟结果进一步证实了共振吸收频率与入射角度无关.该完美吸收机制可以归因于入射光在金属底层-SU8介质层-金属颗粒层所组成的谐振腔内多次反射吸收.
超材料 完美吸收器 远红外 metamaterial perfect absorber far-IR SU8 SU8
1 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室， 上海 200083
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 上海理工大学，上海 200093
超材料吸收器的高吸收率源于表面金属颗粒与介质层之间产生的局域等离激元共振以及由金属颗粒-介质层-金属反射层构成的微腔所导致的共振吸收。其吸收特性与金属颗粒的尺寸、形貌和介质层的材料和厚度密切相关。设计优化了一个在近红外波段1.2 m处具有近完美吸收的超材料吸收器。以该设计为蓝图，利用纳米压印技术制备了一系列具有不同介质层厚度的器件，并利用红外反射谱定量研究了这些器件的吸收特性。实验结果证实，用纳米压印技术制备的超材料器件具有工艺可靠性好、加工精度高等优点。实验测得的吸收率变化趋势与理论预期相符，吸收率较高。
超材料吸收器 纳米压印 metamaterial absorber local surface plasmon resonance LSPR nanoimprint lithography
1 中国科学院上海技术物理研究所，红外物理国家重点实验室， 上海 200083
2 上海科技大学， 上海 201210
3 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室， 上海 2000833
4 中国科学院大学， 北京 100049
石墨烯具有电子迁移率高、透过率高(T97.7%)且费米能级可调的特性。砷化镓的电子迁移率比硅的大5到6倍。引入砷化铟量子点后，光电探测器具有低暗电流、高工作温度、高响应率和探测率的特点,因而可被用于制备响应快、量子效率高和光谱宽的光电探测器。对基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基结的I-V特性和光电响应进行了研究。结果表明，在0 V偏压下，该器件在400 nm 950 nm均有响应，峰值响应率可达0.18 A/W；在反向偏压下，器件的峰值响应率可达到0.45 A/W。通过对暗电流随温度变化的特性进行分析，得到了InAs/GaAs量子点-石墨烯肖特基结在室温附近以及80 K附近的势垒高度。
石墨烯 肖特基结 砷化镓 砷化铟 量子点 graphene Schottky junction GaAs InAs quantum dot
1 电子科技大学 光纤传感与通信教育部重点实验室，成都 611731
2 川庆钻探工程有限公司 安全环保质量监督检测研究院，四川 广汉 618300
提出了一种改进的光纤光栅应变传感器结构，用有限元分析软件对其进行建模和静力仿真，得到其应力分布和光栅区域的应变情况.在整体宽度与厚度相等的情况下，此结构的灵敏度约为传统“工”字型结构的600倍.进一步分析了其关键区域的6个结构参量对应变灵敏度及量程的影响.筛选、设计并加工出不同尺寸的两种应变片，分别用UV胶与玻璃焊料对光栅进行封装,得到灵敏度分别为：249 pm/N、330 pm/N和1.1 pm/N.比较分析表明,本文提供的分析方法与数据，可为不同工程应用场合的最优结构设计提供依据.
光纤布喇格光栅 光纤应变传感器 灵敏度 结构优化 Fiber Bragg grating Optical fiber strain sensor Sensitivity Structural optimization
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
为了实现计算机辅助诊断,解决自动化CT图像处理的问题,文中提出一种肺实质分割的算法。采用求直方图峰值间极小值的方法获取最优阈值,实现图像分割;在此基础上,采用空间滤波以及连通域标记法去除干扰得到肺实质区域。结果表明该方法能实现肺实质分割,解决了肺结节检测的预处理问题。
肺实质分割 连通域标记 CT图像 掩模 lung parenchyma segmentation connected components labeling CT images mask
