专题七、半导体激光与先进光电子器件
来源:赵竣锋    发布时间:2019-11-22 10:41
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耦合腔半导体激光器
黄永箴
中国科学院半导体研究所
摘要:报告将介绍正方形微腔与Fabry-Perot腔结合形成的耦合腔激光器的模式选择和稳定单模工作特性,并利用模式竞争和微腔中的载流子饱和吸收实现耦合腔激光器的光双稳,以及耦合腔激光器在全光逻辑门方面的应用。 
 
个人简介:黄永箴1983、1986、1989年分别在北京大学物理系获得物理学学士、硕士和博士学位。1989年在中国科学院半导体研究所做博士后,并留所工作,1994年在英国电信实验室做访问学者。1997年7月被聘为中国科学院半导体研究所研究员,2002年获得国家杰出青年科学基金。现任中科院半导体所和集成光电子学国家重点联合实验学术委员会主任,Photonics Research 编委。负责国家自然科学基金重点项目和基金委国家重大科学仪器研制项目。针对光子集成芯片对光电子集成器件的需求,开创了直连波导定向输出微腔激光器及其集成研究。微腔激光器研究成果三次获得中国光学重要成果。发表SCI 收录论文180 多篇以及国际会议邀请报告30多次,全国百篇优秀博士论文导师,并多次获得中科院优秀研究生指导教师奖。
波导阵列中稳健性光耦合与集成
李涛
南京大学
摘要:传统光波导耦合器件对结构的参数的高敏感性对大规模光子集成的加工工艺提出极高的挑战,拓扑光子学的发展为稳健性光学器件的设计提供了新的思路。本报告将基于一维波导阵列的拓扑结构(SSH模型)发现在有限波导根数下,其拓扑零模会发生耦合导致零模劈裂成准零模。利用这种拓扑模式之间的干涉效应会获得定向耦合器、分束器的功能。由于其仍然处在波导光子带隙中,阵列的结构参数扰动对其耦合功能影响很小,表现出稳健特性。报告将通过与传统器件的对比展示这种稳健性的光耦合与分束功能。此外,由于这种准零模的稳健性始终不如严格零模,报告还提出一种引入非厄米的损耗调制,能够将劈裂的准零模恢复到严格零模,表现更强的拓扑保护特性。相关研究将为大规模光子集成提供新的设计思路和技术途径。
 
个人简介:李涛,南京大学教授。2005年于南京大学物理系获得博士学位,2008年加入南京大学现代工程与应用科学学院,2013年晋升为教授。曾经赴新加坡南洋理工大学(2012年)和香港浸会大学(2013年)学术访问。先后获得南京大学“登峰人才计划”,基金委“优青”,香港“王宽诚教育基金”,科技部“中青年科技创新领军人才”,《科学中国人》年度人物,“中国光学十大进展”等项目和荣誉。研究兴趣集中在表面等离激元光子学,超构材料,纳米光子集成等领域。先后承担科技部国家重点研发计划课题两项,基金委重大研究计划重点项目一项,及其他共十余项。迄今共发表论文90余篇,其中包含Nature Nanotech. 2篇, Nature Commun. 2篇,Phys. Rev. Lett. 3篇, Light Sci. Appl. 2篇, Nano Lett. 2篇, Laser Photon. Rev. 4篇等,相关论文被引用超3000次(H因子30),受邀做国际会议邀请报告30余次。目前,担任《Chinese Optics Letters》主题编辑,《Science Bulletin》执行编委,《Frontier of Optoelectronics》编委,中国超材料学会理事等。
亚波长结构平面光学全息
李雄
中国科学院光电技术研究所
摘要:亚波长结构由于其具有小于波长尺度的电磁调控能力及设计自由度高等特点,已经在大视场、彩色、多功能全息等领域表现出独有的优势。本报告重点介绍基于空间频谱操控的彩色全息技术及其优势;以及利用亚波长结构的位相和频谱协同调控特性,发展的新型多功能光学全息器件及其大面积加工方法。 
 
个人简介:李雄,博士,中国科学院光电技术研究所副研究员,博士生导师,基金委优秀青年基金获得者,中科院青年创新促进会成员。主要研究方向为微纳光学与新型亚波长光学器件及材料,包括微纳光子学,亚波长电磁学,平面集成光子器件设计与应用等。
10-/40-Gb/s InP基电吸收调制宽可调DBR激光器
梁松
中国科学院半导体研究所
摘要:设计并制作了InP基电吸收调制宽可调谐DBR激光器。利用对接生长的长波长InGaAsP体材料作为DBR材料,器件的波长可调谐范围超过12 nm。利用选择区域外延技术实现了电吸收调制器与激光器的单片集成。所研制的10 GHz带宽器件在10 Gb/s NRZ数据调制下经75 Km单模光纤传输的0误码功率代价小于1 dB。基于该器件成功开展了20 Gb/s PAM4 数据45 公里传输实验。通过对EAM设计及工艺的优化进一步获得了调制带宽为28 GHz的器件。其在40 Gb/s NRZ数据调制下获得了清晰张开的眼图。在28 Gb/s NRZ数据调制下经2 Km及10 Km单模光纤传输后的0误码功率代价分别为1 dB及3 dB。上述实验结果表明所研制的器件是适用于未来大容量WDM-PON系统的高性能、低成本的无色化光源。
 
简介:梁松,博士,研究员,中国科学院半导体研究所。研究领域为半导体光电子材料及器件,近期研究方向包括直接/电吸收调制半导体激光器、DBR可调谐激光器、多波长DFB激光器阵列、单片集成光子芯片、高速光电探测器、混频半导体THz源等。承担了包括自然科学基金面上/重点项目在内的科研项目多项,在国内外主流学术期刊发表学术论文80余篇,在IEEE Photonics Conference及CLEO-PR等国内外学术会议做邀请报告多次,获得授权专利20余项。
VOx非制冷宽波段及偏振集成芯片技术
刘军库
中国空间技术研究院
摘要:小型化、集成化的多维芯片是目前光电探测芯片发展的主要方向之一,本报告主要展示我们在VOX非制冷宽谱及偏振集成芯片方面开展的工作,通过引入近红外吸收材料及MEMS结构的优化,我们实现了工作谱段覆盖2~16μm的超宽谱非制冷芯片及像素级偏振集成芯片,未来能够应用于气体检测、红外导引、空间态势感知及复杂环境下人工目标检测、云雾天气目标探测增强等方面。
 
简介:刘军库,男,1986年,中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室研究员,燕山大学和中国矿业大学兼职硕导,军科委光电主题助理,2014年7获清华大学物理学博士学位,2014年8月至今在钱学森空间技术实验室工作,主要围绕航天发展对光电探测技术的需求,开展基于低维量子材料和结构的光电子器件物理及其应用研究,研究方向包括基于低维量子材料的光电探测技术、基于人工微纳光学结构的光场调控技术及其衍生的片上集成红外多维信息探测技术。承担包括国家自然基金青年基金、军科委重点项目、军科委基础加强项目、军科委创新工作站等多个项目,已累计在Nano Lett.,Adv Mater,App. Phys. Lett等期刊发表SCI论文30余篇,授权美国专利6项,中国专利8项。
硅基激光雷达的关键技术研究
潘教青
中国科学院半导体研究所
摘要:相控阵激光雷达主要利用光学相控阵(OPA,Optical Phased Array)技术来实现光束扫描。一般是激光光源经过光分束器后进入光相位控制阵列,通过在相位控制阵列上外加控制的方式改变光波的相位,利用光波相位差来实现光束扫描,其原理类似于多缝干涉。与机械式扫描技术相比较,OPA作为新型的光学扫描技术具有尺寸小、指向灵活、扫描速度快、功耗低、成本低、精度高等优点。而选择硅基最大的优点是,雷达所需要的电驱动芯片,算法处理及成像芯片,甚至探测都可以利用硅基成熟的微电子技术来实现单片集成。因此,硅基光学相控阵激光雷达是近年最前沿的研究热点之一。硅基相控阵激光雷达就是将光源、光分束器、相位调制器、光转束器、探测器等集成在几平方毫米的区域,可快速识别远方目标。
 
简介:潘教青,博士,中科院半导体所研究员,中国科学院大学教授,博士生导师,中国科学院半导体材料科学重点实验室副主任。作为项目首席先后承担了国家科技重大专项“硅基高迁移率材料与新器件集成技术研究”,国家“863”计划项目“ROF用多功能电吸收光调制器”,国家重点研发项目“有源红外气体传感材料与器件及应用”,国家基金委重点项目“硅基激光雷达芯片关键技术研究”,中科院前沿科学重点研究计划项目“硅基大规模混合集成的量子阱激光器研究”等。获得中国电子学会发明二等奖,第一完成人。多年来致力于半导体激光器芯片、激光雷达、气体传感等研究,多项成果已经得到产业化应用,在目前正在研究硅基单片集成相控阵激光雷达芯片。
大功率半导体激光合束技术及其应用
彭航宇
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
摘要:半导体激光器具有高电光转换效率、小体积的优点,在泵浦、加工、医疗、显示和照明等领域具有巨大的应用潜力,大功率半导体激光是现代激光技术发展的重要基础,具有战略性的发展意义。报告介绍了提升半导体激光器功率及光束质量的最新进展,对各种技术途径和实验结果进行了综述报道,并具体介绍了长春光机所近年来在高亮度半导体激光器芯片及合束方面取得的进展。 
 
个人简介:博士、研究员,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所先进激光及应用研究室主任。主要从事大功率半导体激光器研究。发表论文20多篇,授权发明专利6项。
基于超构表面的高效率多功能光学近场调控
孙树林
复旦大学
摘要:表面波在增强光学透射、超分辨成像、光学通讯、传感等方面具有重要应用,为此我们不仅需要高效激发表面波,而且希望有效调控其光场形貌。但实现这两种功能通常需要不同的光学器件,而且存在体系尺寸大、效率低、功能有限、不易集成等问题。本次报告将介绍设计利用单个超构表面可同时实现表面波的高效激发和波前调控。首先,根据琼斯矩阵理论指导在太赫兹波段设计出高效率几何相位超构表面耦合器高效激发表面波,其耦合效率超过60%;之后,结合共振和几何相位两种机理设计超构表面在两维方向的相位分布,在不同自旋光照射下激发出具有不同近场波前的表面波。这为构建理想的近场光环境提供了新方向,在增强光和物质相互作用等方面具有研究和应用价值。
 
个人简介:孙树林,复旦大学信息学院光科系研究员,博导,入选上海市“浦江人才计划”,复旦大学“卓越2025”卓学人才计划。长期从事电磁超构材料/超构表面、纳米光学等研究,在Nature Materials、Nano Letters、Advances in Optics and Photonics、Light: Science & Applications、Advanced Science等期刊上共发表论文60余篇,总引用4700余次,单篇最高引用1200余次,5篇入选ESI高被引论文,曾被Nature Photonics、Phys. Org等杂志和媒体报道。在SPIE Optics and Photonics等会议上做邀请报告30余次,任PIERS等国际会议主席7次。曾获2019国家自然科学二等奖(2/5),2016上海市自然科学一等奖(2/4),2012中国光学重要成果奖(1/6),2018 Light:Science & Applications最佳论文奖(通讯作者)。承担国家重点研发计划等10余项基金项目,担任Journal of Optics编委、中国激光杂志社青年编委。
垂直腔面发射激光器锁相耦合阵列及其光束偏转研究
孙昀
中国科学院微电子研究所
摘要:垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有光束质量好、单纵模、高调制带宽、成本低、易于片上测试等特点,在数据通信、光存储、传感等领域得到广泛应用。VCSEL易于实现二维阵列,当阵列的各VCSEL发光单元之间的光场相互耦合,实现位相的锁定,阵列获得相干输出,并可实现光束质量和频谱特性的优化。在本报告中,我们将展示利用质子注入限制耦合技术,获得泄漏波耦合阵列,获得了近衍射极限光束,并通过对VCSEL阵列各单元相位的分别控制,实现了阵列光束一维以及二维的一定角度范围的扫描。锁相阵列的这些特性,将使其在激光雷达、光通信、光束可操控光源等领域进一步得到应用。
 
个人简介:孙昀,中国科学院微电子研究所,主要从事半导体光电材料与激光器研究,先后主持或参与了国家863计划、北京市科委等省部级项目多项,在Phys. Rev. B, Opt. Express, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron 等期刊上发表学术论文30余篇, 授权申请专利10余项。
用于显示和可见光通信的InGaN量子点Micro-LED
汪莱
清华大学
摘要:GaN基LED近年来成为改变人类照明方式的泛在光源。Micro-LED被认为是液晶和OLED之后的下一代显示技术。此外,基于LED的可见光通信(VLC)也被认为是无线通信的一项非常重要的技术,被纳入6G标准提案中。对于Micro-LED显示应用来说,注入电流密度很小,希望在电流密度小于1A/cm2的情况下,LED达到峰值效率。尤其是当芯片尺寸减小到10μm左右时,这是非常有挑战性的。另一方面,对于VLC应用而言,LED应该在小芯片尺寸和高注入电流密度下工作,以获得高带宽。本报告将介绍我们用InGaN量子点取代量子阱作为LED的有源区,用于微型LED显示和VLC应用。InGaN量子点可以在S-K模式或V-M模式下生长,前者具有润湿层,但后者没有。结果表明, V-M模式量子点Micro-LED可以在电流密度为1A/cm2以下获得峰值外量子效率(接近20%)。S-K模式量子点Micro-LED能够在小于1kA/cm2时实现高调制带宽(~1GHz),并支撑2-Gbps 3米自由空间的VLC系统。
 
个人简介:汪莱,博士,清华大学电子工程系长聘副教授,特别研究员。长期从事GaN基半导体光电子材料和器件研究,在GaN基发光二极管器件物理、InGaN量子点材料和发光器件、高增益线性模式紫外雪崩探测器等方面取得一系列创新成果。承担了国家重点研发计划、自然科学基金等课题。发表SCI论文90余篇,申请发明专利10余件,作国际会议邀请报告10余次。受邀出版学术专著章节一章,参与制定了广东省和北京市的LED产业发展技术路线图。2011年荣获国家科技进步二等奖,2018年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金资助。
硅基光电子学的最新进展
王兴军
北京大学
摘要:光通信的每一个里程碑式发展都依赖于基础光电子器件的突破。当前光通信的一个发展趋势是,类似于电的集成电路和片上系统一样,光通信系统也将逐渐集成在单一光电子芯片上。只有集成化才能实现高密度、低成本、低能耗,满足未来信息社会绿色环保的需求。因此低成本、高度集成的硅基光电子学最近十年蓬勃发展,成为光通信、光电子领域的研究热点。本报告主要介绍近几年研究团队在高效硅基发光和高速硅基光电集成芯片方面的工作。
 
个人简介:王兴军,北京大学教授,博士生导师,国家重点实验室副主任,教育部首批青年长江学者(2015),教育部新世纪优秀人才(2013),JW科技委光电主题专家组专家,国家自然科学基金重点项目、科技部863重大项目负责人、科技委重点研发专项课题负责人。2005年获得工学博士学位,2007-2009年在日本电气通信大学电子工程系任日本学术振兴会特别研究员(JSPS学者),2009年加入北京大学电子学系,任副教授、教授。
基于VCSEL的全光类脑计算初探
项水英
西安电子科技大学
摘要:传统的冯若依曼计算体系面临内存墙与功耗瓶颈,借鉴人脑发展类脑计算技术已被国际半导体技术发展指南制定为重要的替代方案。全光类脑计算具有超快速、超低功耗等颠覆性创新,目前在国际上处于起步阶段,尚未形成公认的技术方案。 报告重点介绍近年来研究团队在基于VCSEL的全光类脑计算理论及关键技术领域的初步探索结果,包括光子神经元动力学、光突触动力学、光脉冲神经网络的学习算法及人工智能潜在应用等。
 
个人简介:项水英,女,教授/博士生导师。分别于2007年、2013年获得西南交通大学工学学士、工学博士学位。2012年12月加入西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验,2013年7月破格晋升副教授,2019年10月破格晋升教授。 以第一作者或通信作者发表录用SCI检索论文43篇,2015年获教育部自然科学奖二等奖。入选首届国家博士后创新人才支持计划(合作导师:郝跃院士),入选陕西省高校科协青年人才托举计划。主持国家自然科学基金(2面上+1青年)等,参与国家重点研发计划1项、国防重点研发计划1项。
介质超构表面及其应用研究
肖淑敏
哈尔滨工业大学
摘要:超构表面结构是人工设计的亚波长厚度的单层结构,能够灵活的控制光的振幅,相位和偏振。基于高效率介质超构表面对于光场的多维度调控,它们被广泛应用于纳米器件的研究,实现了平面透镜、彩色显示和信息加密等优异功能。本报告将围绕我们近年来开发的可见光介质超构表面及其应用展开。先介绍利用硅超构表面实现近完美的结构色。其次,基于二氧化钛超构表面调控光场振幅和相位,我们实现了各种高效的动态全彩显示和平面透镜及系统。最后基于钙钛矿超构表面特殊调控光场能力,实现基于超构表面图像变换和多光子荧光的光信息加密技术。
 
个人简介:肖淑敏,哈尔滨工业大学教授、博士生导师。主要从事微纳光学功能器件的研究,近年来以开发基于二氧化钛、钙钛矿和硅的光学超构表面自主加工工艺为基础,开展超构表面的光场调控系统研究,实现了光学超构表面在信息和化学领域的应用,在包括Nature、Science、Nature Communications和Science Advances等期刊发表研究论文140余篇,申请发明专利24项,授权发明专利5项。
硅基Ⅳ族短波红外探测器研究
薛春来
中国科学院半导体研究所
摘要:基于Ⅳ族材料的硅基探测器与CMOS工艺具有更好的兼容性,可以实现更为便利的集成。尽管目前硅基Ge 探测器在硅光子学系统中已得到了广泛应用,但其性能提升仍面临两个主要瓶颈:一是器件的暗电流密度居高不下,严重影响探测器的灵敏度;二是光吸收效率低且探测波长不能有效覆盖整个通讯波段,更无法满足硅基光子学向红外发展的新趋势。利用能带工程对Ⅳ族材料进行调控,扩展其在长波的探测效率,是解决硅基探测技术瓶颈的重要途径和技术手段。报告主要汇报硅基Ⅳ族材料探测器的主要进展,聚焦于通过对器件关键工艺和材料结构的创新,改善暗电流特性以及通过能带调控和新材料的结合提升探测器在宽光谱波段内的吸收效率,全面提升探测器性能。
 
个人简介:薛春来,中国科学院半导体研究所,研究员,主要研究方向为硅基光电子材料及光子器件。长期从事硅基光电子材料及相关器件研究,围绕硅基光互连及中红外光子学系统的发展需求,系统开展了Si 基Ⅳ族异质材料的缺陷控制、能带裁剪、外延制备和光子器件制作的研究,致力于突破硅基异质外延、高效发光及探测器件实现的技术瓶颈。作为课题负责人主持国家自然基金5 项,973 课题1 项,国防高技术和中科院重点项目4 项。申请人在Light: Science and Applications, Small, ACS photonics, Applied Physics Letters 等国内外刊物发表SCI、EI 收录文章140余篇, 中国科学院青年创新促进会会员,并担任第四、五届理事。
MBE生长高性能1.3微米量子点激光器研究
杨涛
中国科学院半导体研究所
摘要:半导体量子点是一种人工纳米结构原子。由于其具有像原子一样的分立能级和类函数态密度,量子点激光器比传统的量子阱激光器具有更低的阈值电流密度、更好的温度稳定性和更高的微分增益等优势。这些优势使量子点激光器在未来高速光通信、高速光互连和高密度光子集成等领域具有广泛的应用前景。本报告将介绍我们近期在研制与表征高性能1.3微米InAs/GaAs量子点激光器方面所取得的一系列重要进展:包括实现超低阈值电流密度室温连续工作的量子点激光器,宽温度范围高温度稳定的量子点激光器,无制冷、高速直调量子点激光器和证明量子点激光器比量子阱激光器具有更强的光抗反射特性。 
 
个人简介:杨涛,中科院半导体研究所研究员,中国科学院大学教授,博士导师,首批国家重点研发计划项目首席科学家。主要从事低维半导体异质结构材料外延与器件应用研究。曾先后主持国家重点研发计划、863、973课题、基金重点和北京市重点科技计划等十余项国家和地方项目。在重要的国际学术期刊上发表论文120余篇,申请国内外发明专利30余项(含13项授权)。
介电常数近零材料在非线性光学中的应用
杨原牧
清华大学
摘要:在深亚波长厚度的,介电常数趋近于零的薄膜材料中,光场可被大大增强,从而诱发一些极端的非线性光学效应。特别是针对紫外高次谐波产生或者太赫兹波产生等通常受限于相位失配的非线性光学过程,近零介电常数薄膜可能拥有巨大优势。报告人将分享课题组近期基于金属氧化物构造的近零介电常数薄膜,以及它们在全光开关、紫外高次谐波产生以及宽带太赫兹波产生等领域的应用。
 
个人简介:杨原牧,清华大学精密仪器系副教授,博士生导师。2011年获天津大学光电子技术与科学专业学士学位,2015年获美国范德堡大学(Vanderbilt University)博士学位,2015-2017年在美国Sandia国家实验室从事博士后研究。多次以第一作者或通讯作者在Nature Photonics、Nature Physics、Nature Communications等高影响力期刊发表研究论文,文章总引用2300余次。主要研究方向为平面亚波长光学以及光电子器件。通过结合物理、光学以及材料的创新,在亚波长尺度灵活操控并增强光与物质的相互作用,突破传统光学器件在体积、功能性等方面的局限,实现小型化、多功能光电器件。近期课题组尤其感兴趣的研究领域是超构表面或超构薄膜在多维光信息感知(包括强度、偏振、光谱、距离等)及其在非线性光学中的应用。
集成微腔光学频率梳
张文富
中国科学院西安光学精密机械研究所
摘要:光学频率梳是激光技术与计量科学领域具有里程碑式意义的重要发明,传统光学频率梳受锁模激光器体积、重量、功耗以及成本的制约,大部分仍然是实验室级别的基础研究设备,在现实应用中受到了极大限制。如何实现集成化、芯片化是光频梳走出实验室充分发挥其精密测量应用潜力的关键。本报告将介绍集成微腔光学频率梳的研究背景,讲述我们在硅基集成微腔器件、封装方面的工艺进展,重点介绍基于自主研发的微腔器件在光学频率梳尤其是孤子频梳方面的研究进展,并对相关领域进行技术展望。
 
个人简介:张文富,博士,研究员,中国科学院西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室副主任,军委科技委H863-041主题专家,中国科学院大学岗位教授,陕西省“微纳光子集成创新团队”带头人,是中国光学学会纤维光学与光子集成专业委员会委员,是全国光学和光子学标准化技术委员会电子光学系统分技术委员会委员。2009年10月-2011年11月赴加拿大Mcmaster大学从事访问研究。长期致力于集成光学与非线性光学研究,主要包含光子集成器件、硅基相控阵雷达、窄线宽半导体激光器、集成微腔光学频率梳、光量子芯片及超表面与超透镜,近5年在ACS Photonics、Optics Letters、Advanced Optical Materials等期刊发表文章20多篇,学术会议上做邀请报告20余次,申请专利20余项(美国专利1项)。
锑化物超晶格红外光电器件与应用前景
周易
中国科学院上海技术物理研究所
摘要:InAs/GaSb超晶格材料以其能带灵活可调、低的Auger复合等特点在红外探测领域得到了广泛的重视,近年来在国际上进展迅速,在长波、双色、高温等方向取得了一系列突破。上海技物所瞄准航天应用,在HGJ和预研等项目的支持下,突破了结构设计、材料生长及器件工艺等多项技术,实现了640ⅹ512规模的12.5μm和百万像素10μm的焦平面研制,有望获得工程应用。此外还开展了带间级联红外光电器件的研究工作,为实现高温高速器件及光源探测片上集成打下技术基础,有望降低光子型红外探测器的成本,实现微型红外光电检测芯片。
 
个人简介:周易,中科院上海技物所,研究员,入选科技委青年人才托举计划。2007年南京大学基础教学理科强化班获物理学学士学位,2012年中国科学院上海技术物理研究所获微电子学与固体电子学博士学位。现任中国科学院上海技术物理研究所研究员,中科院青年促进会会员。主要从事量子结构超晶格红外探测器材料与器件方面的研究工作,承担自然科学面上基金、上海市基金、科技委前沿创新等多个项目,在Small、APL、SST等国际期刊或会议发表论文30余篇。