一、Ⅲ-Ⅴ族半导体制成的高速光通信集成电路（论文文献综述）
廉天航[1]（2021）在《基于有机聚合物波导的石墨烯电吸收型光调制器研究》文中研究表明电光调制器是光子集成芯片和光纤通信网络中最为关键的器件之一,提高该器件的性能具有重要的研究意义。特别是随着信息技术的高速发展,如大数据、云计算和5G通信等,使得人们对该器件的性能提出了更高的要求。在过去的几十年中,基于不同材料体系的电光调制器已经被广泛研究,如In P调制器,铌酸锂调制器,硅基调制器和极化聚合物电光调制器等。与其他材料体系相比,极化聚合物电光调制器具有制备工艺简单、电光系数大、与光纤耦合效率高和成本低等优点,进而成为近年来的研究热点,但是该器件的性能严重依赖于电光聚合物的特性,这在一定程度上限制了其在光子集成芯片中的应用,而有机聚合物已经成为实现光子集成芯片最有潜力材料体系之一,基于有机聚合物材料的各种光学器件也已经被广泛研究。因此,如果能在无源聚合物平台上开发出一种不依赖于电光聚合物的电光调制器件,将具有重要的研究意义和应用前景。石墨烯的出现为这种器件的实现提供了可能,它是以单一碳原子单元构成的蜂窝形状存在的晶格材料,具有优异的光学、电学和机械等特性,特别是利用其电吸收和电折射的特性,可以被应用到电光调制和电光开关的研究当中。本论文就是利用石墨烯的电吸收特性,并结合聚合物波导具有加工工艺简单、灵活等优势,将石墨烯掩埋到聚合物波导的内部,研究了基于有机聚合物波导的石墨烯电吸收型光调制器。论文主要工作内容如下:（1）对石墨烯材料的电学和光学特性进行了详细研究,并建立了相应的数值仿真模型,包含石墨烯电导率和介电常数与其化学势之间的关系,证明了石墨烯可以通过外加偏置电压来控制它的费米能级和载流子浓度,进而来调控石墨烯层对聚合物波导中传播光信号的吸收强度,以此来实现调制功能。（2）为增强石墨烯与波导中传输光信号之间的相互作用,本论文提出了一种基于掩埋型石墨烯调制电极的有机聚合物波导电吸收型光调制器,利用聚合物材料加工工艺简单、灵活等优势,将石墨烯调制电极掩埋到波导芯层的内部,并通过模拟仿真确定了石墨烯在波导芯层中的最佳掩埋位置,提高了器件的调制效率,同时优化了石墨烯电容器结构来提高器件的调制带宽。设计的调制器有源区长度为800μm,消光比为29 d B,在器件功耗为1.55 p J/bit情况下实现了42 GHz的调制带宽。（3）为解决传统的石墨烯调制器对偏振模式敏感的问题,本论文设计了一种基于梯形聚合物-石墨烯波导的偏振不敏感电吸收型光调制器,通过优化聚合物波导的形状、尺寸以及石墨烯掩埋的位置,实现了一种可以同时支持两种偏振模式的石墨烯电吸收型光调制器。通过合理选择调制器的工作状态点,器件的调制电压为1.11 V,功耗为23.6 p J/bit。在C通信波段内,调制器在TE和TM两种偏振模式下的消光比都高于37 d B,它们之间的消光比差异量约为0.46 d B。
李晨光[2]（2021）在《锗系合金半导体薄膜及光电探测器件研究》文中指出光电探测器是一种利用光电或光热效应将光能与电能相互转换的器件,被广泛应用于军用和民用领域。在过去的几十年里,Ⅳ族Si、Ge等材料在高速光通信、光电子集成等方面应用较广,且其具有成本低、易集成、工艺成熟等特点一直被研究者认为是红外探测器的优选材料,但Si、Ge属于间接带隙半导体,电子的跃迁需要额外声子参与,这就在一定程度上降低了光电器件的性能,使得其制成的光电探测器件的截止波长低于1.5μm。研究发现,Sn、Bi材料的掺入能调节Ge的带隙,将Ge从间接带隙变为直接带隙,从而使得Ge系薄膜有望能应用在中红外光电探测的研究中。本论文主要研究了两大锗系合金半导体薄膜即GeSn和GeBi薄膜,以及在薄膜基础上制备的光电探测器件。GeSn材料及其制备的光电探测器件已有初步的报道,经过前期的摸索和尝试,课题组利用已有的分子束外延设备可以制备较好的GeSn薄膜。而在GeBi材料的研究时,我们发现,Bi除了对Ge的带隙有影响外,对其性质也有一定的影响,如:可以将其自身改性为N型半导体材料。因此,本论文基于GeSn和GeBi材料,首先对薄膜进行了进一步的研究和优化,而后在此基础上制备PIN结构的光电探测器,全文主要工作和研究成果如下:（1）首先利用分子束外延技术制备高质量的GeSn和GeBi单晶薄膜,GeSn薄膜的Sn含量范围在6.46%～15.25%,最优表面粗糙度达1.253 nm,载流子浓度在1013cm-3～1016 cm-3之间,最大载流子迁移率为1880.56 cm2/V·s;GeBi薄膜Bi含量在3.76%～19.43%,最优表面粗糙度为1.639 nm,载流子浓度约为1015cm-3,最大载流子迁移率为1110.09 cm2/V·s。（2）制备了Si基PIN结构的光电探测器,以GeSn薄膜为本征层,以掺杂了硼的GeSn薄膜作为P型层,以GeBi薄膜作为N型层,调整优化制备工艺,确定了光刻、刻蚀等参数,图形化之后的薄膜利用磁控溅射进行电极的生长,并利用探针台进行I-V曲线等测试。（3）研究了硼掺杂时间、本征层厚度和Bi含量对制备的PIN结构的光电探测器的性能影响,对器件的暗电流和光电流做了详细的表征,并进行了结果分析。I-V曲线显示PN结对红外光有明显响应,将光源进行周期性开关,On-Off曲线显示器件光暗电流切换稳定,响应速度快,1 V正向偏压下暗电流强度范围在4.24×10-6 A～1.25×10-4 A,光暗电流比在80～385之间。
苗渊浩[3]（2020）在《Si基改性Ge材料外延制备及其光电应用》文中提出硅基单片光电集成技术致力于使用与硅兼容的半导体工艺将光子学器件集成到硅芯片上,从而提高芯片的性能或者拓展芯片的功能,降低成本。虽然光波导、光探测器、光调制器和光开关等硅基光子学器件都已经被成功的研制出来,但是由于硅的间接带隙特性,难以实现高效发光。因此,硅基高效光源是制约硅基单片光电集成的重要技术瓶颈。寻找一种与Si CMOS工艺兼容的直接带隙半导体材料实现硅基单片光电集成,具有非常重要的研究意义和应用价值。同为四族元素的Ge材料因其直接带隙与间接带隙差仅为136 m V而受到研究人员的广泛关注,其带隙结构可以通过应变工程与Sn合金工程进行调节,是实现硅基高效光源的重要备选材料。硅基高效光源作为硅基单片集成芯片中最核心的部件,在实现高效、高速、低损耗的数据传输起着至关重要的作用。本文重点开展改性Ge材料的外延生长及其相干发光器件的关键技术进行研究:制备了高质量的改性Ge发光材料,系统的研究了改性Ge材料的材料特性;设计并优化了应变Ge发光器件的关键制备工艺,实现了连续波电注入的应变Ge发光二极管;通过优化微盘腔GeSn激光器的光学参数与热学参数,设计出了有望在室温下工作的高性能GeSn激光器。主要研究成果如下:1.基于RPCVD的Si基Ge材料制备技术研究。采用低温Si缓冲层与低温-高温两步法相结合的方法,实现了表面粗糙度较小（0.68 nm）、位错密度较低(3×106 cm-2)、张应变为0.21%的本征单晶Ge外延层。在本征单晶Ge外延工艺的基础上进行p型掺杂、原位循环退火、原位高温H2退火、Si帽层的优化,实现了张应变为0.23%的高质量的可用于Ge发光器件的p-Ge/i-Ge/i-Si材料层结构,其工艺步骤为后续Ge基发光器件的设计与开发奠定了坚实的基础。2.Si基Ge材料位错密度研究。提出了摇摆曲线法计算Ge外延层中的位错密度,结果表明:摇摆曲线法得出的位错密度(1.41×108 cm-2)比腐蚀坑法和TEM法得出的位错密度值高一到两个数量级。因此,该方法得出的位错密度为Ge外延层中的平均位错密度。该方法的提出简化了Ge外延层的位错密度表征流程,也降低了Ge外延层的位错密度表征成本,同时有效的避免了缺陷表征对Ge外延层样品的损伤,并有助于加速Ge外延材料的研究进程。3.基于PVD的Si基GeSn材料制备技术研究。采用直流磁控溅射的方法分别在Si（100）和Si（111）衬底上实现了高Sn组分GeSn材料的生长,并对高Sn组分GeSn材料的偏析机理进行了系统的研究。在此基础上,采用射频磁控溅射的方法在Ge缓冲层上实现了Sn组分为3%的高质量GeSn,并在室温下观测到了光致发光信号,表明该方法制备的GeSn合金可以用于制备发光器件,首次在物理气相淀积法制备的GeSn合金观测到光致发光信号。4.边发射应变Ge发光器件关键技术研究。设计并优化了n型离子注入工艺、应变Ge发光二极管的器件制备工艺及其封装工艺,得到了室温下、连续波电注入条件下稳定工作的应变Ge发光二极管,其电致发光峰的位置位于1640-1645nm之间。同时,设计了一套电注入应变Ge激光器的变温测试装置,该装置可有效的避免电注入热效应对激光器性能的影响,有利于应变Ge激光器激射行为的研究。5.GeSn微盘腔激光器的光学与热学设计研究。为了提高GeSn微盘激光器的工作温度,提出了一种基于高热导率金属材料键合法实现高质量、高Sn组分GeSn微盘激光器的热学管理方法。采用Si层作为GeSn层与Au金属层之间的热传输介质可以显着提高其热传输速率,有助于减少温度对增益区域俄歇复合及带隙结构的影响。该结构的GeSn激光器在光注入功率低于25 m W时,不同温度下GeSn微盘激光器增益区域的温度变化均小于10 K,为实现室温下工作的GeSn激光器奠定了良好的基础。
唐杰[4]（2019）在《谐振式聚合物集成光学陀螺的基础研究》文中研究表明集成光学陀螺是以集成光学理论为基础,运用微纳加工技术实现光学陀螺中多种光学器件的片上集成化,它兼具光学陀螺高精度、大动态和集成光学技术集成化、芯片化的优点,是光学陀螺微型化发展的重要方向,在惯性技术领域有着极为广泛的应用前景。集成光学陀螺的发展得益于集成光学技术的进步,它是集成光学技术在光学惯性传感领域的典型应用。当前用于研制集成光学陀螺的波导材料主要包括硅、二氧化硅、铌酸锂、半导体等无机光波导材料以及有机聚合物材料。相比于无机光波导材料,有机聚合物材料具有非线性效应强、材料性能可分子尺度调控及制备工艺灵活等突出优点,针对聚合物光波导材料和器件的研究近年来一直是国际上集成光学领域的研究热点,尤其是在新型的表面等离激元波导出现之后,聚合物波导材料制备工艺灵活和非线性效应强的优势得到了充分的发挥,也将集成光学由微米尺度集成推向了纳米尺度集成化。因此,开展聚合物集成光学陀螺的研究,对未来实现单片全集成化、低成本、低功耗、高性能的集成光学陀螺具有重要的探索意义和极高的实用价值。本论文的研究目的在于探索厘米级高Q值聚合物光波导环形谐振腔的设计方法和制备工艺及其在谐振式集成光学陀螺中的应用,发挥聚合物光波导材料工艺灵活、电光效应强的特点,实现集成化的陀螺谐振腔芯片,并验证聚合物光波导环形谐振腔的陀螺效应,为未来实现低成本、高性能的集成光学陀螺提供理论指导和技术支撑。同时,探索新型表面等离激元波导器件在集成光学陀螺中的潜在应用。本论文首先从集成光学陀螺的研究背景、国内外集成光学陀螺的发展历程及其采用的波导材料和工艺技术等几个方面概述了该技术领域的发展情况,随后围绕谐振式聚合物集成光学陀螺开展了相关器件的设计、制备和性能测试等研究工作。主要研究内容如下:（1）首先研究了光学陀螺的基本原理,以真空中和介质中Sagnac效应的理论推导为基础,得出了谐振式光学陀螺谐振频率差的表达式。随后针对谐振式光学陀螺的核心传感单元——光波导环形谐振腔,推导了直通式和反射式两种光波导环形谐振腔的电场强度传递函数和典型特征参量的表达式,对比分析了两种谐振腔在不同耦合状态下的传输特性。最后,针对谐振式集成光学陀螺的系统设计,建立了陀螺极限灵敏与谐振腔特征参量之间的关系,并分析了谐振式光学陀螺的基本工作原理,以调相谱信号检测方案为基础,建立了解调信号的数学模型,为后续光波导环形谐振腔的研制及陀螺效应的验证提供了理论指导。（2）针对谐振式集成光学陀螺的需求研制了厘米量级尺寸的低损耗聚合物光波导环形谐振腔。首先设计制备了单模传输的聚合物光波导,其传输损耗低至0.118 d B/cm。以此为基础,对光波导环形谐振腔中的弯曲波导和定向耦合器进行了优化设计,并制备出了高质量的聚合物光波导环形谐振腔,在输入TM偏振光时,谐振腔的Q值达到了6×105,为进一步开展集成光学陀螺的研究提供了高质量的核心传感单元。随后基于该谐振腔构建了开环谐振式集成光学陀螺系统,测试得到了谐振腔双向谐振谱线,理论分析了陀螺的开环输出特性,为陀螺的转动测试奠定了基础。（3）针对闭环谐振式集成光学陀螺的需求,利用聚合物电光材料研制了聚合物Y分支电光调制器。首先分别利用掺杂和键合的方式,获得了DR1/FPI主客掺杂型和PUI侧链键合型聚合物电光材料,并测量了其折射率和电光系数,结果表明PUI电光材料的电光系数为56.31 pm/V,DR1/FPI电光材料的电光系数根据掺杂浓度可在16.8 pm/V至49.75 pm/V间调谐。随后设计了倒脊型的Y分支光波导,对其波导横截面结构尺寸和Y分支的分支角进行了优化设计,并研制出了Y分支电光调制器,测试结果表明,PUI聚合物Y分支电光调制器的半波电压仅为1.875 V,10%DR1/FPI聚合物Y分支电光调制器的半波电压为3.89 V,研制出的低半波电压的聚合物电光调制器为构建闭环集成光学陀螺提供了核心器件。（4）基于聚合物光波导环形谐振腔及聚合物Y分支电光调制器的研究工作,研制出了谐振式聚合物集成光学陀螺谐振腔芯片,并实现了陀螺效应的验证。利用聚合物光波导的工艺实现了聚合物光波导分束器、电光相位调制器和光波导环形谐振腔的同片集成,测试结果表明,在TM偏振状态下,谐振腔的Q值高达9.49×105。随后设计了PI反馈电路,搭建了闭环谐振式聚合物集成光学陀螺系统,通过转动测试,验证了聚合物光波导环形谐振腔的陀螺效应,对未来研制高精度聚合物集成光学陀螺奠定了技术基础。（5）探索研究了表面等离激元波导在集成光学陀螺中的潜在应用。首先研究了表面等离激元的基本原理,随后对聚合物长程表面等离激元波导横截面的结构尺寸进行了优化设计,并制备出了高质量的聚合物长程表面等离激元波导,其传输损耗在1550 nm处低至1.92 d B/cm。以此为基础,构建了光纤/表面等离激元混合谐振腔,该谐振腔具有优良的单偏振谐振特性,仅TM偏振分量能够在该谐振腔中产生谐振,对集成光学陀螺而言,有望解决其偏振噪声问题。最后基于聚合物长程表面等离激元波导,研制了一种柔性聚合物表面等离激元可调光衰减器,为未来实现无偏振噪声的可调谐陀螺谐振腔提供了新的研究思路和技术途径,对拓展表面等离激元的应用领域以及推动光学惯性传感技术的进步具有重要的意义。
徐静[5]（2019）在《通信用集成光接收器件的研究》文中研究说明对于光通信系统而言,光接收机的性能好坏至关重要。适用于不同调制格式和复用技术的集成光接收机前端的关键光器件主要包括用于光耦合的光栅耦合器,波长解复用器件（如阵列波导光栅或微环谐振滤波器）,偏振控制器件（如偏振控制器、偏振分束器和偏振转换器）,光混频器件（如多模干涉光耦合器）和光电探测器。这些光器件及用于光传输的光波导构成了光接收机中集成光路的基础,其中光电探测器是光接收机的核心器件。实现大规模的光电集成（Optoelectronic Integrated Circuit,OEIC）将是光通信未来的发展方向。目前,将诸多光、电器件全部集成在一起的大规模OEIC还很难实现。由于工艺、材料等方面的重重障碍,必须攻克许多科学与技术难题才能实现大规模集成。现实可行的方案是先实现部分功能的小规模集成。因而本文的工作以研究集成光电探测器件为基础,探索光集成在光接收机中的应用,主要研究光接收机前端光器件的集成,包括波导与探测器集成（波导探测器）、偏振解复用器件与探测器集成和基于驻波的光混频器与石墨烯探测器集成等局部集成方案。围绕光接收机中的核心器件光电探测器,结合微纳结构光器件的优势和发展,针对应用于光接收机前端的集成光器件和新型集成方案进行了研究。论文主要工作和创新点如下:（1）对磷化铟（InP）基波导探测器进行了研究,基于非对称双波导结构和部分掺杂吸收区探测器模型,设计了一种结构简单、易于制作的倏逝波耦合型波导探测器结构。利用有限时域差分算法对波导探测器中的波导结构进行了设计和仿真,仿真分析了光在波导中传输的模式特性和采用不同长度锥形波导作为匹配层时光在各层波导中的传输特性。仿真结果显示在160μm长的线性锥形波导匹配层作用下,当探测器有源区长度≥30μm时,探测器光吸收效率可达到94%,响应度的理论值约为0.8 A/W。并采用半导体工艺和器件仿真软件SILVACO TCAD对探测器有源区的电学特性进行了研究,仿真结果显示探测器的理论带宽为26 GHz。然后在综合考虑工艺实现的基础上确定了器件的制作流程并研制了波导探测器。对制备样片进行了测试并分析了探测器的暗电流、光电流、带宽等性能。（2）为了提高偏振分集探测接收机的集成度,提出了一种单片集成偏振分束器和光电探测器的方案。其中偏振分束器基于氮化硅亚波长介质光栅,在实现偏振分束器功能的同时也实现了光栅耦合器的功能。光栅采用简化模式理论结合数值仿真方法设计。通过合理设计器件的参数,1550 nm波长的两个偏振态正交的光束被光栅型偏振分束器分开后直接耦合进入二象限探测器,实现偏振分集探测的功能。由于从光纤输出的光通过设计器件可以直接实现偏振分集探测,中间没有分立器件耦合导致额外的耦合损耗。仿真得到TE偏振光耦合进入探测器吸收层的效率可达到61%,TM偏振光的耦合效率可达到85%。同时-1阶衍射上TE偏振光的偏振串扰为-21 d B,0阶衍射上TM偏振光的偏振串扰为-23 d B。设计光栅长度仅为35μm,结合合适的探测器结构,设计器件可应用于高速紧凑的偏分复用光通信系统。与传统偏振检测方案相比,所提方案在耦合效率、尺寸、结构简单性和制造方面表现出更大的优势。（3）提出了一种基于驻波的光混频集成石墨烯光电探测器应用于相干探测的方案。方案的主要创新点有两方面:一方面,与基于多模干涉耦合器（行波干涉）的光混频器不同,利用驻波相干解调原理,可通过在绝缘体上硅脊波导中构建驻波场以实现光混频功能,有利于器件的小型化。另一方面,采用具有对称电极的石墨烯波导探测器作为超快自差分光电探测器,可实现传统相干接收机中基于PIN光电二极管的平衡探测器对的功能。通过在处于驻波场不同相位处的石墨烯上放置对称的平衡电极,可方便地实现基于驻波的光混频与石墨烯光电探测器的集成,实现基于石墨烯的自平衡光电探测。与传统相干接收机中采用的平衡探测方案相比,本方案可以有效降低相干接收机的复杂性和尺寸,并满足未来的宽带需求。
杨航[6]（2019）在《锗锡薄膜的分子束外延生长与GaAs基集成光电器件研究》文中认为在过去的几十年中,IV族半导体光电子器件在光电子集成,高速光通信和高速信号处理方面有着广泛的应用。Ge被认为是基于Si的光电探测器中最佳的候选材料。由于Ge薄膜外延生长技术的突破促使Si上Ge薄膜光电探测器的进步。Ge能带间接带隙小于直接带隙,所以Ge是间接带隙半导体,在光学应用中相对受到限制。为了克服这一困难,合成高质量的GeSn合金引起了人们极大的兴趣。Sn的添加可以降低直接带隙,并且可以通过控制Sn的含量实现吸收红外光波长的可调性,因此GeSn材料在红外光电探测方向有很好的应用前景。在如何制备更高质量GeSn薄膜的研究中,本文在两个方面做了改良。第一,选择GaAs作为基片,GaAs的晶格常数和Ge晶胞尺寸仅相差0.1%,这导致GaAs上的Ge缓冲层中穿透位错的密度远远小于Si上Ge缓冲层。从而大大降低了Ge缓冲层渗入GeSn薄膜中的延伸结构缺陷,从而减少了Sn的表面偏析和塑性松弛。第二,尝试制备三维外延结构的GeSn薄膜,大多薄膜光电探测器的都是二维平面结构的,制备三维外延结构的薄膜光电探测器可以改良二维结构的薄膜光电探测器的性能。本文尝试制作了二维结构的GaAs-GeSn薄膜PIN型光电探测器,研究了表面形貌特征、X射线衍射性能、X射线光电子能谱特性、拉曼光谱特性、红外光谱吸收特性和光电特性等性能。对于GaAs-GeSn薄膜的最佳生长条件、PIN结的纵向结构设计和制作,本文做了详细的研究:Sn组分对薄膜性能的影响,通过半导体光刻、刻蚀等流程制作探测器,测试了器件的伏安特性曲线及On-Off曲线,研究了Sn组分对及光电探测器性能的影响。最后,本文尝试制备了三维外延结构的GaAs-GeSn薄膜PIN型光电探测器,研究了薄膜的扫描电子显微图、拉曼光谱特性、红外光谱吸收特性和光电特性等性能。本文探究了三维外延结构GaAs-GeSn薄膜的阵列深度对薄膜及其光电探测器性能的影响。
张东亮,杨凝,刘大川,林霄,王伟平,丁子瑜,胡小燕,汪志强[7]（2019）在《硅基异质集成化合物半导体技术新进展》文中研究说明随着摩尔定律即将走向尽头,以及军民电子信息系统对多功能集成、高密度集成、小体积重量、低功耗、大带宽、低延迟等性能的持续追求,将多种化合物半导体材料体系（如GaN、InP、SiC等）的功能器件、芯片,与CMOS集成电路的芯片进行异质集成的技术正在拉开序幕,将在微电子、光电子等领域带来一场新的革命,硅基异质集成也被认为是发展下一代集成微系统的技术平台。本文梳理了射频微电子学与硅光子学领域中以化合物半导体为主的材料（或芯片）与硅半导体材料（或芯片）异质集成的最新进展,以期国内相关领域研究人员对国外的进展有一个比较全面的了解。
梁林俊[8]（2018）在《新型结构的波长可调谐激光器及其运用的研究》文中认为连续波波长可调谐激光器（以下简称“可调谐激光器”）在光通信波分复用系统、灵活光交换网络、激光传感等领域都有着重要运用和广阔前景。当今,这些运用场景的新发展对具有更高性能且更低成本的可调谐激光器有强烈的需求。对此,本文分别针对采用硅基异质集成工艺制造的微环谐振腔外腔激光器和采用光纤工艺制造的基于多模干涉滤波结构的激光器的结构优化、参量设计及其运用,进行了一系列理论及实验研究。该工作提升了这两类可调谐激光器的部分关键性能指标,并且研究了新型激光器在实际运用中的效果。本文成果概括如下:1、提出并建立了基于微环谐振腔外腔结构的可调谐激光器的传输线分析模型,并用于进行此类激光器的结构优化和设计参数选择,该模拟模型与器件的实验效果基本相符。首先,系统性地梳理和归纳了半导体激光器相位噪声理论以及降低线宽的方法,深入研究了低损耗的硅基微环谐振腔运用于半导体激光器外腔时有利于的降低激光器线宽的原理机制和可调谐激光器设计要点;其次,建立并实验验证了此类激光器的传输线模型,利用该模型可以推算激光器的主要工作特性,方便进行激光器结构优化和设计参数选择。2、通过理论和实验深入对比分析了不同微环谐振腔外腔结构激光器设计方案的性能特征,并提出了选用方法推荐;分别研究优化了采用“非平衡马赫曾德尔干涉”的辅助结构和“并联三微环”结构的外腔设计的激光器设计,实现了激光的边摸抑制比的提高和激光线宽特性的提升。首先,理论上对比研究了基于“上下话路”和“耦合环”结构的几种微环谐振腔外腔激光器;随后,对完成制造的激光器进行了深入详尽的实验研究和数据分析,实验中令这几种不同结构的激光器可实现在光通信用C+L波段范围内波长调谐范围在20nm量级到40nm量级之间,3dB线宽在150kHzd到280kHz范围之间,激光边模抑制比在40dB以上。最后,总结归纳出这几种不同结构设计激光器的性能特征的差异、优缺点和适用范围。为进一步提升微环谐振腔外腔激光器性能的研究积累了设计和实验经验。3、研究了微环谐振腔外腔结构的激光器运用于高频微波发生器和微波跟踪发生器芯片时实现波长连续调谐的办法;实验实现了这两种微波发生芯片的演示效果,完成其性能分析。其中,微波跟踪发生器可同时产生两路频率间隔为特定值的微波,该两路微波的频率间隔设定值可以在0.01GHz到近10GHz范围内进行任意设置。最后,根据对实验效果进行分析,提出了完善微波发生器集成芯片性能的办法和建议。4、提出并实验制造了一种可用于传感的,基于锥型无芯光纤多模干涉结构的全光纤可调谐激光器,并应用于折射率和温度测量实验。该工作包括:采用对无芯光纤拉锥处理的办法,提升了由单模-无芯-单模光纤组成的多模干涉滤波结构的传输光谱特性对环境的敏感度,通过理论设计和实验研究使得多模干涉结构适用于作为掺铒光纤波长可调谐激光器的滤波器;随后,把该可调谐激光器运用于全光纤结构的环境传感系统中,该激光输出可以在工作范围内具有40dB以上的边模抑制比,该传感系统折射率测量敏感度为164.75nm/RIU,温度测量敏感度为10.4pm/℃。
戚志鹏[9]（2017）在《基于SOI的高速集成光波导调制器件的研究》文中指出高速光调制器对光交叉、光互联系统的构建起到了十分重要的作用,是当前光通信网络的核心器件。得益于集成光子学的发展,集成光调制器件的研究倍受重视。其中,基于绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）平台的光波导调制器具有尺寸小、功耗低、集成度高、响应速率快等优点,成为了国内外的研究焦点。但是,SOI光调制器在传输损耗、尺寸、功耗、调制深度等方面都需要进一步的改善与提高。本论文主要围绕这些问题,提出了如下的改进措施和设计思路,并对基于不同工作机理的（热光、载流子色散、电光、全光）SOI光波导调制器进行了理论分析和实验研究。提出了一种基于光子-表面等离子激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）混合集成的1×2马赫-曾德尔干涉（Mach-Zehnder Interference,MZI）型热光开关。其中,介质沉积型SPP波导构成相位调制臂,其余部分由Si波导组成。相较于传统的硅基热光调制器,该开关结合了 Si波导传输损耗低和介质沉积型SPP波导尺寸小、热光调制效率高的优势。其调制臂长只有70 μm,开关功耗仅为7 mW,响应时间是6.7μs,且器件的插损被有效地控制在10 dB以内。提出了一种基于重掺杂Si波导的载流子色散型n-p-n结等离子吸收调制器。通过重掺杂使Si获得金属性质,可以支持SPP波的传输,并且利用其强模场束缚能力大大减小调制器的尺寸。相较于普通的p-i-n型硅基调制器,超高载流子掺杂浓度可以使该器件的调制消光比获得很大提升。多物理场的仿真结果表明,尽管这种器件的调制区域仅有1 μm2,然而其调制深度可以达到25 dB,且具有2 GHz的调制频率。针对Si材料电光性质弱的缺陷,提出了一种Si波导与掺镧的锆钛酸铅（PLZT）电光薄膜相结合的异质结型电光环形调制器。采用折射率大的Si作为芯层可以有效地减小器件尺寸,而选择电光系数高的PLZT薄膜作为包层则能够使器件获得明显的电光效应。此外,通过电极结构的优化可以得到32 dB的大调制深度和14 GHz的高调制频率。同时,文中还设计了一种基于SPP波导的非对称Au-PLZT-Au电光环形调制器,可进一步发挥PLZT优异的电光特性及SPP波导对光场的强束缚能力,该调制器的尺寸只有20 μm2,而调制深度则高于25 dB。提出了一种低功耗、高集成度的Si-SPP混合结构全光调制器,并实验上研制出了其中的关键核心元件——等离子Fano共振型光波导调制单元。该器件利用结构紧凑的Au等离子纳米谐振腔进行调制,由低损耗的Si波导进行信号传递。实现了信号光以平行于芯片表面的方向在谐振腔中“水平”地激发出等离子模式,而调制光源可以以垂直方向入射。实验结果证实,该等离子谐振腔在1514～1600 nm波段范围内具有十分显着的Fano共振特性,且透射光谱会随着谐振腔结构参数的改变而发生变化。此外,理论计算的结果表明,该器件具有高达1600 nm/RIU的折射率敏感性。
隋坤洋[10]（2017）在《半导体锗光纤的制备及其在高速光电探测方面的应用》文中指出传统光纤具有两大功能:一、高光束质量和高亮度的激光光源;二、光能量、光信号的传输介质。由于作为传统光纤基质材料的玻璃是介电材料,对光不存在电响应,所以,在光功能器件的发光、传输和光电探测三大功能中,传统光纤不具备光电探测的功能。随着以半导体硅、锗为主要基质材料的微纳光电子学的快速发展,多功能、高度集成化的微型光电子器件已经成为光电子领域的核心元器件。迅速发展的硅基光电子学对传统的光纤光子学形成了有力的竞争,同时也给光纤光子学的未来方向提供了可借鉴的发展思路:如在传统的玻璃光纤技术上,引入多种材料来实现光电一体的多功能纤维。基于半导体材料的光电探测器在军事、医疗、科研、通信等领域受到广泛的应用。在光纤中引入半导体材料（硅、锗等）,可以把光纤原有的柔韧性、低单位长度制备成本的优势,和半导体特有的光电功能等特点结合起来,从而得到特殊的纤维化光电材料;这对薄膜化柔性光电子材料是一个有力的补充。本论文的研究内容包括:⑴使用熔芯拉制法制备出具有玻璃包层和半导体锗芯的多材料多功能光纤。制备中,首先将半导体锗棒塞入硼硅酸盐玻璃管中;在1000℃下拉制出玻璃包层、锗芯光纤;半导体纤芯直径为21和125μm。半导体锗芯光纤连续长度达百米量级。此外,还制备出了具有铜、锗双芯的玻璃包层光纤。⑵半导体锗芯光纤的高速光电探测能力的研究。首先在锗芯光纤中观察到了半导体特有的非线性伏安特性。利用1.55μm脉冲调制激光器对锗芯光纤进行了光电响应测试;并在三根并联光纤的样品中,观察到了MHz量级的光电响应;目前噪声是限制光电响应速度的主要原因,预期通过优化,半导体锗芯光纤可以具有100MHz以上的高速响应潜力。
二、Ⅲ-Ⅴ族半导体制成的高速光通信集成电路（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Ⅲ-Ⅴ族半导体制成的高速光通信集成电路（论文提纲范文）
（1）基于有机聚合物波导的石墨烯电吸收型光调制器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光调制器的发展概述 |
| 1.1.1 光调制器的研究背景及研究意义 |
| 1.1.2 电光调制器的工作原理及分类 |
| 1.2 基于石墨烯材料的电光调制器发展现状 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 基于有机聚合物波导的石墨烯电吸收型调制器设计基础 |
| 2.1 石墨烯材料基本特性分析 |
| 2.1.1 石墨烯的能带结构 |
| 2.1.2 石墨烯材料光吸收特性 |
| 2.1.3 石墨烯应用介绍 |
| 2.2 聚合物光波导的设计理论 |
| 2.2.1 有效折射率法 |
| 2.2.2 有限元法 |
| 2.3 电光调制器的性能参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于掩埋型石墨烯调制电极的有机聚合物波导电吸收型光调制器研究 |
| 3.1 石墨烯电吸收型光调制器的工作原理 |
| 3.2 器件结构设计与优化 |
| 3.2.1 石墨烯数值模型的建立与仿真 |
| 3.2.2 波导结构设计与优化 |
| 3.2.3 石墨烯电容器结构设计与优化 |
| 3.3 器件性能模拟与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于梯形聚合物-石墨烯波导的偏振不敏感电吸收型光调制器研究 |
| 4.1 器件结构设计与优化 |
| 4.2 器件性能模拟与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及研究生期间所获得的科研成果 |
| 致谢 |
（2）锗系合金半导体薄膜及光电探测器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光电探测器研究概述 |
| 1.2.1 紫外光波段光电探测器 |
| 1.2.2 可见光波段光电探测器 |
| 1.2.3 红外光波段光电探测器 |
| 1.2.4 二维材料和钙钛矿材料光电探测器 |
| 1.3 GeSn光电探测器国内外研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 理论基础及实验方法 |
| 2.1 半导体光电探测器探测原理 |
| 2.2 薄膜生长原理和加工工艺 |
| 2.2.1 分子束外延生长原理 |
| 2.2.2 磁控溅射生长原理 |
| 2.3 薄膜及器件表征测试方法 |
| 2.3.1 X射线光电子能谱 |
| 2.3.2 X射线衍射 |
| 2.3.3 原子力显微镜 |
| 2.3.4 分光光度计 |
| 2.3.5 霍尔效应测试仪 |
| 2.3.6 I-V曲线测试及光暗电流比测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 锗锡薄膜和锗铋薄膜的分子束外延生长及其性质研究 |
| 3.1 GeSn薄膜的基本性质 |
| 3.2 GeSn薄膜的微观结构和性质分析 |
| 3.2.1 GeSn薄膜的XPS图谱分析 |
| 3.2.2 GeSn薄膜的AFM表面形貌分析 |
| 3.2.3 GeSn薄膜的XRD图谱分析 |
| 3.2.4 GeSn薄膜的半导体参数分析 |
| 3.3 GeSn薄膜的光学性能分析 |
| 3.4 GeBi薄膜的基本性质 |
| 3.5 GeBi薄膜的微观结构和性质分析 |
| 3.5.1 GeBi薄膜的XPS图谱分析 |
| 3.5.2 GeBi薄膜的AFM表面形貌分析 |
| 3.5.3 GeBi薄膜的XRD图谱分析 |
| 3.5.4 GeBi薄膜的半导体参数分析 |
| 3.6 GeBi薄膜的光学性能分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 硅基锗锡锗铋光电探测器设计及性能研究 |
| 4.1 硅基锗锡锗铋光电探测器设计及制备 |
| 4.1.1 光电探测器结构设计 |
| 4.1.2 光电探测器制备工艺 |
| 4.2 B掺杂参数对光电探测器性能影响研究 |
| 4.3 本征层厚度对光电探测器性能影响研究 |
| 4.4 不同Bi含量对光电探测器性能影响研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 全文总结及展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 不足和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（3）Si基改性Ge材料外延制备及其光电应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 硅基改性Ge发光器件研究进展 |
| 1.3 硅基改性Ge在探测器件方面的应用 |
| 1.4 本论文的主要内容与章节安排 |
| 第二章 改性Ge材料及其发光器件的研究方法 |
| 2.1 改性Ge材料外延生长系统 |
| 2.1.1 减压化学气相淀积生长系统 |
| 2.1.2 物理气相淀积生长系统 |
| 2.2 改性Ge材料表征方法 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射 |
| 2.2.2 拉曼光谱仪 |
| 2.2.3 透射电子显微镜 |
| 2.2.4 扫描电子显微镜 |
| 2.2.5 原子力显微镜 |
| 2.2.6 二次离子质谱仪 |
| 2.2.7 X射线光电子能谱仪 |
| 2.2.8 光致发光谱 |
| 2.3 应变Ge发光器件的测试与分析 |
| 2.3.1 电学特性测试 |
| 2.3.2 电致发光谱 |
| 2.4 仿真软件简要介绍 |
| 2.4.1 光学仿真软件介绍 |
| 2.4.2 热学仿真软件介绍 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 Si基应变Ge材料制备与特性研究 |
| 3.1 Si基应变Ge材料生长方法 |
| 3.2 基于RPCVD的Si基Ge材料制备 |
| 3.2.1 本征应变Ge材料生长方案 |
| 3.2.2 本征应变Ge材料表征结果 |
| 3.3 Si基Ge发光器件层结构的RPCVD外延工艺开发 |
| 3.3.1 p-Ge/i-Ge材料层结构生长方案 |
| 3.3.2 p-Ge/i-Ge材料表征结果 |
| 3.3.3 p-Ge/i-Ge/i-Si材料层结构生长方案 |
| 3.3.4 p-Ge/i-Ge/i-Si材料表征结果 |
| 3.4 Si基Ge层缺陷密度研究方法 |
| 3.4.1 基于摇摆曲线法的Ge层缺陷密度研究 |
| 3.4.2 基于化学腐蚀法的Si基Ge层缺陷密度研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 硅基GeSn材料制备与特性研究 |
| 4.1 基于物理气相淀积系统的 GeSn 材料制备 |
| 4.2 高 Sn 组分 GeSn 材料的外延制备 |
| 4.2.1 高Sn组分GeSn材料的生长方案 |
| 4.2.2 高Sn组分GeSn材料的表征结果 |
| 4.3 低 Sn 组分 GeSn 材料的外延制备 |
| 4.3.1 低 Sn 组分 GeSn 材料生长方案 |
| 4.3.2 Ge 缓冲层上低 Sn 组分 GeSn 的表征结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 边发射应变Ge发光器件关键技术研究 |
| 5.1 Ge 半导体材料发光机理 |
| 5.1.1 直接带隙与间接带隙 |
| 5.1.2 Ge半导体材料中的复合与辐射 |
| 5.2 应变Ge发光二极管制备工艺优化 |
| 5.2.1 n型掺杂工艺优化 |
| 5.2.2 应变Ge发光二极管制备工艺 |
| 5.3 应变Ge发光二极管封装与测试结果分析 |
| 5.3.1 应变Ge发光二极管封装 |
| 5.3.2 应变Ge发光器件性能测试与分析 |
| 5.4 电注入应变Ge激光器测试系统设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 GeSn微盘腔激光器件的设计及实现 |
| 6.1 GeSn微盘腔激光器结构 |
| 6.2 回音壁模光热学理论 |
| 6.2.1 回音壁模谐振腔参数 |
| 6.2.2 热传输定义 |
| 6.2.3 固体中的热传导理论 |
| 6.3 GeSn微盘腔激光器设计研究 |
| 6.3.1 GeSn微盘腔激光器工艺实现方法 |
| 6.3.2 GeSn微盘腔激光器光学设计研究 |
| 6.3.3 GeSn微盘腔激光器热学设计研究 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 对未来的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）谐振式聚合物集成光学陀螺的基础研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 集成光学陀螺的研究进展 |
| 1.3 集成光学陀螺的波导材料和工艺技术 |
| 1.4 本论文的研究目的和基本内容 |
| 第二章 谐振式集成光学陀螺的基本原理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Sagnac效应 |
| 2.3 光波导环形谐振腔及其特征参量 |
| 2.4 谐振式集成光学陀螺的系统设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 聚合物集成光学陀螺谐振腔的传输特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 聚合物光波导的设计与传输特性研究 |
| 3.3 聚合物光波导环形谐振腔的设计与制备 |
| 3.4 聚合物光波导环形谐振腔的传输特性研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 聚合物Y分支电光调制器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 聚合物电光波导材料的制备 |
| 4.3 聚合物电光波导材料的电光效应 |
| 4.4 Y分支聚合物电光调制器的设计与制备 |
| 4.5 聚合物电光调制器的测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 聚合物集成光学陀螺的制备与测试 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 聚合物集成光学陀螺的研制 |
| 5.3 聚合物集成光学陀螺的实验研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 聚合物表面等离激元集成光学陀螺研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 表面等离激元的基本原理 |
| 6.3 聚合物长程表面等离激元波导 |
| 6.4 基于聚合物长程表面等离激元波导的陀螺谐振腔 |
| 6.5 柔性表面等离激元可调光衰减器 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（5）通信用集成光接收器件的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光通信系统与光子集成技术概述 |
| 1.2 应用于光通信系统的集成光接收器件 |
| 1.3 本论文的主要工作和内容安排 |
| 2 光电探测器的理论基础 |
| 2.1 光电探测器的工作原理 |
| 2.2 光电探测器的特征参数 |
| 2.3 通信中常用光电探测器类型 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 InP基波导探测器的研究 |
| 3.1 倏逝波耦合型波导探测器 |
| 3.2 器件结构设计及仿真 |
| 3.3 器件制作 |
| 3.4 器件性能测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 光栅型偏振分束器单片集成光电探测器的设计 |
| 4.1 亚波长光栅基本概念及理论 |
| 4.2 器件设计 |
| 4.3 器件应用讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于驻波的光混频集成石墨烯光电探测器的设计 |
| 5.1 石墨烯材料及石墨烯光电探测器 |
| 5.2 基于石墨烯的自平衡相干探测方案设计 |
| 5.3 基于石墨烯的QPSK接收机设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
（6）锗锡薄膜的分子束外延生长与GaAs基集成光电器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 GaAs-GeSn薄膜及光电探测器研究概述 |
| 1.2.1 GeSn薄膜概述 |
| 1.2.2 GaAs-GeSn光电探测器概述 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 GeSn光电探测器的相关理论 |
| 2.1 砷化镓基GeSn薄膜PIN光电探测器的相关理论 |
| 2.1.1 GaAs-GeSn合金的基本性质 |
| 2.1.2 P-I-N结构光电探测器原理 |
| 2.1.3 薄膜光电探测器的三维外延结构原理 |
| 2.2 砷化镓基GeSn光电探测器制备工艺 |
| 2.2.1 分子束外延生长原理 |
| 2.2.2 磁控溅射生长原理 |
| 2.2.3 半导体光刻刻蚀技术 |
| 2.3 实验测试方法 |
| 2.3.1 X射线衍射 |
| 2.3.2 X射线光电子能谱 |
| 2.3.3 扫描电子显微镜与电子探针分析 |
| 2.3.4 原子力显微镜 |
| 2.3.5 拉曼光谱测试 |
| 2.3.6 红外光谱测试 |
| 2.3.7 暗电流及光暗电流比测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 二维GaAs-GeSn薄膜及其光电探测器性能研究 |
| 3.1 二维GaAs-GeSn薄膜及光电探测器制作流程 |
| 3.1.1 二维GaAs-GeSn薄膜的制备流程 |
| 3.1.2 二维GaAs-GeSn光电探测器的制备流程 |
| 3.2 二维GaAs-GeSn薄膜微观结构和性能研究 |
| 3.2.1 二维GaAs-GeSn薄膜AFM表面形貌表征 |
| 3.2.2 二维GaAs-GeSn薄膜XRD表征 |
| 3.2.3 二维GaAs-GeSn薄膜XPS分析 |
| 3.2.4 二维GaAs-GeSn薄膜拉曼图谱分析 |
| 3.3 二维GaAs-GeSn薄膜红外吸收光谱分析 |
| 3.4 二维GaAs-GeSn薄膜光电探测器性能分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 三维GaAs-GeSn薄膜及光电探测器性能研究 |
| 4.1 基于三维外延结构GaAs-GeSn光电探测器的制备工艺 |
| 4.2 三维GaAs-GeSn薄膜微观结构和性能研究 |
| 4.3 不同刻蚀深度三维GeSn光电探测器性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 硕士期间所取得的研究成果 |
（7）硅基异质集成化合物半导体技术新进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 异质集成射频电子技术 |
| 2.1 毫米波技术的发展需求与面临的挑战 |
| 2.2 硅基异质集成射频电子技术与应用进展 |
| 3 异质集成硅基光子集成技术 |
| 3.1 高速光传输的发展对硅基光子集成技术的需求 |
| 3.2 异质集成硅基光子集成技术的挑战与应用进展 |
| 4 结论 |
（8）新型结构的波长可调谐激光器及其运用的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 新时代对光通信网发展的突出需求 |
| 1.1.2 全光网建设新热潮和攻关工作 |
| 1.1.3 光电子器件亟待新突破 |
| 1.1.4 波长可调谐激光器热度持续 |
| 1.2 半导体和全光纤波长可调谐激光器研究新进展 |
| 1.2.1 外腔式半导体可调谐激光器 |
| 1.2.2 垂直腔面发射半导体可调谐激光器 |
| 1.2.3 集成型半导体可调谐激光器 |
| 1.2.4 可调谐光纤激光器 |
| 1.3 基于硅基异质集成的半导体可调谐激光器的研究现状 |
| 1.3.1 硅基异质集成技术平台 |
| 1.3.2 该平台上的可调谐激光器特征和研究现状 |
| 1.4 全光纤结构的波长可调谐激光器在光传感上运用研究现状 |
| 1.5 本论文内容安排与主要成果 |
| 1.5.1 撰写框架说明和内容安排 |
| 1.5.2 本论文取得的主要成果总结 |
| 2 可调谐激光器的几种滤波器的分析理论 |
| 2.1 微环谐振腔滤波器 |
| 2.1.1 微环谐振腔简介 |
| 2.1.2 微环谐振腔的基本分析方法 |
| 2.1.3 上下话路结构微环谐振腔 |
| 2.1.4 微环谐振腔的主要光谱特性描述 |
| 2.1.5 耦合环结构微环谐振腔 |
| 2.2 宽带可调谐半导体激光器的调节机制 |
| 2.2.1 游标效应简介 |
| 2.2.2 激光器单纵模激射条件 |
| 2.2.3 基于热光效应的波长调谐 |
| 2.3 多模干涉型滤波器 |
| 2.3.1 多模干涉效应分析理论 |
| 2.3.2 多模干涉结构的波长调谐特性 |
| 2.4 小结 |
| 3 窄线宽、波长可宽带调谐半导体激光器的优化设计 |
| 3.1 半导体激光器的相位噪声 |
| 3.1.1 激光器线宽理论研究的梳理 |
| 3.1.2 半导体激光器的线宽理论 |
| 3.2 降低半导体激光器线宽的方法 |
| 3.2.1 外腔半导体激光器 |
| 3.2.2 基于硅基异质集成平台的窄线宽外腔半导体激光器 |
| 3.3 基于微环谐振腔结构的可调谐激光器设计方法及其验证 |
| 3.3.1 基于微环谐振腔结构的外腔的基本特征 |
| 3.3.2 激光器的传输线分析模型 |
| 3.3.3 窄线宽微环谐振腔外腔可调谐激光器的设计方法总结 |
| 3.3.4 理论模型的实验验证、器件特性表征和优化设计 |
| 3.4 小结 |
| 4 几种微环谐振腔外腔激光器的设计、对比和实验 |
| 4.1 基于“上下话路”微环谐振腔的几种不同设计激光器对比研究 |
| 4.1.1 基本特性比较 |
| 4.1.2 滤波器稳定性比较 |
| 4.1.3 一个改进的结构设计 |
| 4.2 基于耦合环微环谐振腔外腔结构的激光器设计 |
| 4.2.1 单端耦合环结构激光器 |
| 4.2.2 双端耦合环结构激光器 |
| 4.3 几种不同结构的激光器的特性表征和对比讨论 |
| 4.3.1 器件制造与设计参数 |
| 4.3.2 Vernier Racetrack激光器实验结果 |
| 4.3.3 CRR 1X激光器实验结果 |
| 4.3.4 CRR 2X激光器实验结果 |
| 4.3.5 实验结果分析讨论 |
| 4.3.6 综合对比结论和启示 |
| 4.4 微环谐振腔外腔激光器的结构优化及其结果 |
| 4.4.1 基于非平衡马赫曾德尔干涉结构的微环谐振腔外腔激光器 |
| 4.4.2 基于“并联三微环”结构的微环谐振腔外腔激光器 |
| 4.5 本章激光器研究工作与同类研究工作的对比 |
| 4.6 小结 |
| 5 可调谐激光器在硅基异质集成的微波发生器中的运用 |
| 5.1 引言 |
| 5.1.1 研究背景 |
| 5.1.2 采用光外差拍频法产生微波的原理 |
| 5.1.3 基于硅基异质集成光路微波发生系统的组成 |
| 5.2 单片集成的微波生成系统 |
| 5.2.1 系统设计 |
| 5.2.2 微环谐振腔外腔激光器实现波长可连续调谐的设计讨论 |
| 5.2.3 实验结果 |
| 5.2.4 分析和讨论 |
| 5.3 单片集成的跟踪发生器系统 |
| 5.3.1 单片集成的跟踪发生器系统设计 |
| 5.3.2 实验结果 |
| 5.3.3 分析和讨论 |
| 5.4 小结 |
| 6 可调谐光纤激光器在传感中的运用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 锥型光纤多模干涉结构设计 |
| 6.3 锥型光纤多模干涉结构滤波器的制作 |
| 6.4 可调谐光纤激光器运用于折射率和温度测量 |
| 6.4.1 折射率传感实验 |
| 6.4.2 温度传感实验 |
| 6.4.3 结果分析和讨论 |
| 6.5 小结 |
| 7 总结与未来工作展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 下一步拟进行工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）基于SOI的高速集成光波导调制器件的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略名词索引 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光波导器件的发展状况 |
| 1.2.1 硅基光子集成的研究背景 |
| 1.2.2 SOI光子集成器件的发展简述 |
| 1.2.3 SOI光子集成工艺的现状 |
| 1.3 SOI光调制器概述 |
| 1.3.1 硅基光波导调制器的研究意义 |
| 1.3.2 SOI光波导调制器的结构类型 |
| 1.4 SOI光波导调制器件的研究进展 |
| 1.4.1 基于SOI热光效应的调制器件 |
| 1.4.2 基于SOI载流子色散效应的调制器件 |
| 1.4.3 基于SOI电光效应的调制器件 |
| 1.4.4 基于SOI的全光调制器件 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 基于SOI的介质-等离子混合型热光调制器件的研究 |
| 2.1 等离子型光波导 |
| 2.1.1 平板等离子波导的几何模型 |
| 2.1.2 平板等离子波导的电磁理论分析 |
| 2.2 介质沉积型SPP波导的设计 |
| 2.2.1 介质沉积型SPP波导的结构及材料参数 |
| 2.2.2 介质沉积型SPP波导的模式解析 |
| 2.2.3 介质沉积型SPP波导的结构优化 |
| 2.3 介质沉积型SPP波导的调制特性分析 |
| 2.3.1 热光效应,热传导及热场分析 |
| 2.3.2 热响应时间及功耗分析 |
| 2.3.3 介质沉积型SPP波导的热光调制效率分析 |
| 2.4 基于SOI的介质沉积型SPP波导1×2热光开关的设计 |
| 2.4.1 1×2热光开关的结构设计与优化 |
| 2.4.2 1×2热光开关的工作性能分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于载流子色散效应的SOI电吸收型调制器的研究 |
| 3.1 硅基混合等离子调制器的结构设计 |
| 3.1.1 高浓度掺杂硅的光学性质 |
| 3.1.2 吸收型调制器的结构设计 |
| 3.2 n-p-n结的电学特性 |
| 3.2.1 载流子的浓度分布及动态响应特性 |
| 3.2.2 伏安特性曲线及热场分析 |
| 3.3 Al/p-Si混合型等离子波导的模场分析 |
| 3.4 硅基混合型等离子调制器的性能 |
| 3.4.1 Al/p-Si混合型等离子波导的传输及调制特性 |
| 3.4.2 SOI等离子吸收型调制器的动态特性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于SOI的异质结型电光环形调制器的研究 |
| 4.1 铁电薄膜概述 |
| 4.1.1 铁电材料的研究进展及应用 |
| 4.1.2 铁电薄膜的电光效应 |
| 4.1.3 PLZT电光薄膜的制备 |
| 4.2 Si-PLZT异质结型波导 |
| 4.3 电极结构的设计与优化 |
| 4.3.1 波导电极的种类及设计方法 |
| 4.3.2 Si-PLZT异质结型电光环形调制器的电极结构设计 |
| 4.3.3 电极结构参数的优化 |
| 4.4 Si-PLZT异质结电光环形调制器的性能研究 |
| 4.4.1 器件的透射光谱及调制特性 |
| 4.4.2 调制带宽的分析 |
| 4.5 非对称Au-PLZT-Au等离子电光环形调制器的研究 |
| 4.5.1 非对称Au-PLZT-Au波导结构及模场分析 |
| 4.5.2 非对称Au-PLZT-Au等离子电光环形调制器的性能分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于SOI的可调谐Fano共振型光波导器件的研究 |
| 5.1 Fano共振型光波导器件概述 |
| 5.2 基于SOI的Fano共振型光波导器件研制 |
| 5.2.1 器件的结构参数和设计思路 |
| 5.2.2 器件制备的工艺流程 |
| 5.2.3 实验仪器及测试平台搭建 |
| 5.3 器件结构参数的表征 |
| 5.4 基于SOI的可调谐Fano共振器件的工作性能研究 |
| 5.4.1 Fano共振产生的机理 |
| 5.4.2 透射光谱检测及模场分析 |
| 5.4.3 慢光及传感特性的理论研究 |
| 5.5 器件存在的问题,解决方案,及前景分析 |
| 5.5.1 设计及工艺上的缺陷和改善途径 |
| 5.5.2 可调谐Fano共振器件 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的研究论文及专利成果 |
| 致谢 |
（10）半导体锗光纤的制备及其在高速光电探测方面的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 玻璃包层半导体光纤的制备方法 |
| 1.3 玻璃包层半导体光纤及其在光电探测领域的研究进展 |
| 1.3.1 半导体光纤的研究进展 |
| 1.3.2 半导体光纤在光电探测领域的研究进展 |
| 1.4 半导体锗的基本物理特性 |
| 1.4.1 半导体锗的光学性质 |
| 1.4.2 半导体锗的电学性质 |
| 1.5 本课题研究的目的与主要内容 |
| 1.5.1 本课题研究的目的与意义 |
| 1.5.2 本课题研究的主要内容 |
| 1.5.3 本课题研究来源 |
| 第2章 玻璃包层半导体锗光纤的制备 |
| 2.1 玻璃包层半导体锗光纤的制备方法 |
| 2.2 玻璃包层半导体锗光纤预制棒的制备 |
| 2.2.1 玻璃包层的选择 |
| 2.2.2 预制棒的制作与组装 |
| 2.3 玻璃包层半导体锗光纤的制备 |
| 2.3.1 光纤制备设备 |
| 2.3.2 光纤制备参数 |
| 2.3.3 光纤制备拉制 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 玻璃包层半导体锗光纤质量分析与测试 |
| 3.1 玻璃包层半导体锗光纤扫描电镜测试 |
| 3.2 玻璃包层半导体锗光纤的拉曼光谱分析 |
| 3.3 玻璃包层半导体锗光纤伏安特性测试与分析 |
| 3.3.1 实验样品的制作 |
| 3.3.2 伏安特性测试 |
| 3.3.3 对比实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 玻璃包层半导体锗光纤光电探测性能测试与分析 |
| 4.1 光照下玻璃包层半导体锗光纤伏安特性测试 |
| 4.2 玻璃包层半导体锗光纤的高速光电响应测试 |
| 4.2.1 高速光电响应测试实验样品制作 |
| 4.2.2 高速光电响应测试实验装置 |
| 4.3 玻璃包层半导体锗光纤高速光电响应实验结果与分析 |
| 4.3.1 半导体锗光纤高速光电响应测试结果 |
| 4.3.2 半导体锗光纤高速光电响应实验结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 具有玻璃包层的半导体（锗）-金属（铜）双芯光纤的初步制备研究 |
| 5.1 具有玻璃包层的半导体-金属双芯光纤的研究目的 |
| 5.2 玻璃包层锗-铜双芯光纤的制备 |
| 5.3 玻璃包层锗-铜双芯光纤的侵蚀 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、Ⅲ-Ⅴ族半导体制成的高速光通信集成电路（论文参考文献）
- [1]基于有机聚合物波导的石墨烯电吸收型光调制器研究[D]. 廉天航. 吉林大学, 2021
- [2]锗系合金半导体薄膜及光电探测器件研究[D]. 李晨光. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]Si基改性Ge材料外延制备及其光电应用[D]. 苗渊浩. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [4]谐振式聚合物集成光学陀螺的基础研究[D]. 唐杰. 东南大学, 2019(05)
- [5]通信用集成光接收器件的研究[D]. 徐静. 华中科技大学, 2019(01)
- [6]锗锡薄膜的分子束外延生长与GaAs基集成光电器件研究[D]. 杨航. 电子科技大学, 2019(01)
- [7]硅基异质集成化合物半导体技术新进展[J]. 张东亮,杨凝,刘大川,林霄,王伟平,丁子瑜,胡小燕,汪志强. 激光与红外, 2019(01)
- [8]新型结构的波长可调谐激光器及其运用的研究[D]. 梁林俊. 北京交通大学, 2018(01)
- [9]基于SOI的高速集成光波导调制器件的研究[D]. 戚志鹏. 东南大学, 2017(01)
- [10]半导体锗光纤的制备及其在高速光电探测方面的应用[D]. 隋坤洋. 北京工业大学, 2017(07)