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
作者单位
摘要
1 河南师范大学电子电气工程学院, 河南 新乡 453007
2 河南省光电传感集成应用重点实验室, 河南 新乡 453007
3 河南省电磁波工程院士工作站, 河南 新乡 453007
4 河南省增材智能制造工程实验室, 河南 新乡 453007
为了提高偏振分束器的消光比,提出了一种由混合等离子体水平狭缝波导(HSW)和氮化硅混合垂直狭缝波导(VSW)组成的双槽超紧凑偏振分束器(PBS)。同时,包层材料为二氧化硅,既能防止混合等离子体氧化,又便于与其他器件集成。采用有限元方法仿真HSW和VSW的模态特性。HSW和VSW波导在特定的宽度下TE偏振模式是满足相位匹配的,而TM偏振模式相位不匹配。因此,HSW波导中的TE模式与VSW波导发生强耦合,而TM模式直接通过HSW波导。结果表明:在1.55 μm的TE模式下,PBS的消光比(ER)为35.1 dB,插入损耗(IL)为0.34 dB,在TM模式下,PBS的ER和IL分别为40.9 dB和2.65 dB。所设计的PBS有100 nm的工作带宽,具有高ER,低IL的特点,适用于光子集成电路(PICs)。
光子集成电路 偏振分束器 双槽波导 photonic integrated circuits polarization beam splitter slot waveguides. 
中国光学
2023, 16(5): 1215
薛小枚 1,2秦妍妍 2,3李悦 2,3张彤 1,2,3
作者单位
摘要
1 东南大学 仪器科学与工程学院 微惯性仪表与先进导航教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
2 东南大学 苏州校区 苏州市金属纳米光电技术重点实验室,江苏 苏州 215123
3 东南大学 电子科学与工程学院 信息显示与可视化国际合作联合实验室,江苏 南京 210096
光子集成芯片将多种功能器件进行片上集成,具有损耗低、带宽大、抗电磁干扰等优势,是当前光电领域发展的主流方向。集成光学器件的温度稳定性是影响其光学性能的重要因素之一。为了提高集成光学器件温度稳定性,提出了基于氮化硅(Si3N4)和长程表面等离激元(Long-Range Surface Plasmon Polariton,LRSPP)波导的温度不敏感结构,对器件性能随温度的漂移进行抑制和补偿。首先,分析了Si3N4波导和LRSPP波导对接的模式耦合效率,当满足最佳匹配条件时,可实现耦合效率99.9%以上的高效耦合。对混合波导的温度特性进行了分析,结果表明,当LRSPP波导和Si3N4波导的最佳长度比为 0.077,相位不随温度的变化而发生漂移,实现了温度不敏感的波导。当波导不能满足最佳长度比时,对LRSPP波导芯层施加电压实现主动补偿,亦可实现温度不敏感。此外,对LRSPP波导的传输特性进行了测试,测得偏振消光比为64 dB,具有良好的单偏振特性。文中提出的温度不敏感结构具有可主动调谐、损耗低、单偏振、普适性高等优点,能有效地解决Si3N4波导性能随温度变化发生漂移的问题,在Si3N4基光子集成芯片中具有广泛的应用前景。
光子集成芯片 温度不敏感 相位调谐 氮化硅 表面等离激元 photonic integrated circuits temperature insensitive phase tuning silicon nitride surface plasmon polariton 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220881
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
大带宽光子滤波器被广泛应用于稀疏波分复用系统中,而在硅基芯片上实现结构紧凑、性能优良的超大带宽滤波器仍然是该领域研究的重点。提出一种基于光栅辅助反向耦合器的超大带宽硅基光子滤波器。利用窄波导更低有效折射率和更分散电场分布的性质,实现了带宽为92.9 nm、器件长度为250.6 μm的超大带宽滤波器。该滤波器具有矩形度高、带宽大、损耗低等优势,能满足稀疏波分复用系统中解复用等需求。
集成光学 稀疏波分复用 硅光子学 滤波器 光子集成电路 
光学学报
2023, 43(5): 0513002
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
相移光栅是光子集成电路的基本元件之一,被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比,反向耦合型相移光栅无需光环形器,易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应,通过将不同周期的波导光栅组合在一起,实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势,能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。
光栅 相移光栅 光子集成电路 Moire效应 反向耦合型相移光栅 硅光子学 
光学学报
2023, 43(1): 0105001
作者单位
摘要
Chongqing United Microelectronics Center, Chongqing 401332, China
Thermo-optic phase shifter Photonic integrated circuits (PICs) Optical switches Silicon photonics 
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(1): s12200
Author Affiliations
Abstract
1 University of Central Florida, CREOL, College of Optics and Photonics, Orlando, Florida, United States
2 University of Central Florida, Department of Electrical and Computer Engineering, Orlando, Florida, United States
Photonics on thin-film lithium niobate (TFLN) has emerged as one of the most pursued disciplines within integrated optics. Ultracompact and low-loss optical waveguides and related devices on this modern material platform have rejuvenated the traditional and commercial applications of lithium niobate for optical modulators based on the electro-optic effect, as well as optical wavelength converters based on second-order nonlinear effects, e.g., second-harmonic, sum-, and difference-frequency generations. TFLN has also created vast opportunities for applications and integrated solutions for optical parametric amplification and oscillation, cascaded nonlinear effects, such as low-harmonic generation; third-order nonlinear effects, such as supercontinuum generation; optical frequency comb generation and stabilization; and nonclassical nonlinear effects, such as spontaneous parametric downconversion for quantum optics. Recent progress in nonlinear integrated photonics on TFLN for all these applications, their current trends, and future opportunities and challenges are reviewed.
lithium niobate thin-film lithium niobate nonlinear integrated optics photonic integrated circuits 
Advanced Photonics
2022, 4(3): 034001
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所,硅基材料与集成器件实验室,上海 200050
2 中国科学院大学,北京 100049
3 西安理工大学 电子工程系,西安 710048
4 上海微技术工业研究院,上海 201800
由于金属固有的欧姆损耗,表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此,提出了一种全介质反槽波导结构,该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输,归一化模式面积可以达到3.4×10-2。另外,为了实现该小尺寸反槽波导与输入/输出光纤的高效耦合,提出了一种高效的耦合方案,耦合效率可以达到92.7%,在yz方向上1 dB损耗的耦合偏差均约为2 μm。
光子集成电路 纳米光子学 波导 photonic integrated circuits nanophotonics waveguide 
红外与毫米波学报
2021, 40(6): 709
作者单位
摘要
公安部第一研究所,北京 , 100048
光子集成回路和光子芯片具有低功耗、高速率、大带宽等优势,是下一代光信息处理系统的必然趋势,而片上光源是其中的关键技术。设计了一种基于光学微环谐振腔的光学泵浦激光器,泵浦光与激光通过全光控制输出到不同的波导上。结合四能级-二电子能级模型和时域有限差分法进行电磁场仿真,分析了激光输出和粒子态密度的时域特性及稳态电磁场模式分布,约94 ps后达到稳态粒子数密度反转布居,1064 nm泵浦光和1550 nm激光分别通过上话路的Through端口和下话路的Add端口输出。
激光器 光子集成回路 四能级-二电子模型 
激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0714010
乔玲玲 1汪旻 2伍荣波 1,3方致伟 2[ ... ]程亚 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 华东师范大学物理与电子科学学院极端光机电实验室, 上海 200241
3 中国科学院大学, 北京 100049
铌酸锂光子集成是推动未来高速光通信和光信息处理领域变革性发展的重要前沿技术。介绍了利用铌酸锂光子芯片制造技术制备集成光路中关键光子结构与器件的最新研究进展。得益于单晶铌酸锂晶体的高非线性系数和强电光效应,利用制备的高性能铌酸锂光子器件演示了多种高效的非线性光学过程。
光学器件 铌酸锂 飞秒激光 微谐振腔 光波导 光损耗 集成光路 
光学学报
2021, 41(8): 0823012

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