科研进展简报

一种新颖的低功耗片上光二极管方案

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:光电子器件与集成功能实验室    发布时间:2017年05月08日

       片上非互易光器件一直是集成光通信系统中的一个难点,其特点是光从正向传输通光而反向传输会截止,如电学里面的二极管性质一样,因而被广泛地应用在一些激光器的保护电路中等。目前国际上使用的集成方法大多是在绝缘体硅(SOI)芯片上生长磁光材料来实现。但是这种方法和传统的CMOS工艺不兼容,而且需要外界磁场辅助,诸多缺点使其不适用于未来低能耗,低成本,高集成度的集成芯片发展的规律。2012年,普渡大学的Minghao Qi课题组提出了利用无源非对称微环谐振器中的热光效应实现非互易的“光二极管”的方案,随后陆续有很多相关的工作报道。2015年,董建绩教授课题组利用微环谐振器里面的热光效应提出了一种与CMOS兼容的环形器方案,但是由于硅波导中的热光系数较低,从而器件对输入光功率的要求较高,能耗较大。因此,寻找一种工艺简单,与CMOS工艺兼容,低成本,高集成度而且能耗较低的片上非互易器件方案成为了一个亟待解决的问题。

        武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室张新亮教授、董建绩教授和邱华庆等人提出了一种基于硅基片上非对称微环的光机械效应实现非互易的方案。该方案延续了董建绩教授课题组之前环形器的工艺简单、与CMOS工艺兼容,低成本,高集成度等优点,而且由于光机械效应相比于热光效应具有更大的非线性红移,从而大大降低了器件的能耗。相比于热光效应导致的非互易,从实验上成功地将效率提高了近10倍,从而大大降低了对光功率的要求。

       2017年4月7日,美国光学学会(OSA)旗下期刊《光学快报》(Optics Express)上在线刊发了该研究成果“Energy-efficient on-chip optical diode based on the optomechanical effect”(  25.8 (2017): 8975-8985)。该研究成果获得了国家自然科学基金(61622502, 61475052)的支持,发表的文章全文链接为:

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-8-8975

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“光二极管”的理论分析 a)器件示意图(b)器件截面图(c)器件俯视图(d 理论的正反向光传输的光谱图