新型多功能石墨烯-硅基纳米集成光电子器件研究

基本信息
批准号:61604015
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:饶岚
学科分类:
依托单位:北京邮电大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:田凤,岳竹青,张博,解现令,闵金涛,夏炜
关键词:
石墨烯硅基光互连可重构光子集成硅基光子
结项摘要

Silicon photonics technology is one of the key technologies for high-density integrated, energy-efficient and low-cost optical interconnects. Research on novel multifunctional graphene-silicon nano-integrated photonic and optoelectronic devices is proposed. In this proposal, graphene material is introduced into the design in silicon photonic integrated device, to realize higher density integration and multi-band / multi-function reconfiguration. We investigate the effect of carrier concentration, the incident frequency and the temperature on the optical properties of the material based on reconfigurable optical properties of graphene, and develop the simulation model to obtain the parameters which lead to mutations of the material optical properties; research on the interaction mechanism between lightwave and the graphene-Si hetero-structure waveguide, develop the graphene-silicon hetero-structure waveguide structure analysis model, and optimize the parameters of the waveguide structure for high performance; design the nano-integrated graphene-Si photonic and optoelectronic devices base on the waveguide structures obtained above; and propose design architecture and methods of novel multi-functional graphene-silicon nano-integrated photonic and optoelectronic devices to multiplex multi-band / multi-function in a single-device, and to realize reconfigurable and optimum scale integration of photonic and optoelectronic devices. Final results of the proposal will be made to provide a new way of thinking and methods for integration of photonic and optoelectronic devices with high density, low power and reconfiguration and for large-bandwidth, high speed, high capacity optical interconnects in future.

硅基光电子技术是业界普遍认可的高密度集成、高能效和低成本的光互联关键技术之一。本项目提出的新型多功能石墨烯-硅基纳米集成光电子器件,是将石墨烯引入到硅基光电子集成器件的设计中,以实现更高密度集成和多频段/多功能的复用。本项目基于石墨烯可重构的光学特性,研究载流子浓度、光频及温度场对材料光学特性的影响,建立仿真模型,提取导致光学特性突变的特征参数,研究光波与石墨烯-硅基异质波导结构的作用机理,建立石墨烯-硅基异质波导结构的分析模型,对模型优化以获得高性能波导结构参数;基于上述的波导结构参数设计纳米集成石墨烯-硅基光电子器件;拟提出新型多功能石墨烯-硅基纳米集成光电子器件的设计构架和方法,实现单器件多波段/多功能复用,实现可重构、高密度的光电子器件集成。项目最终取得的研究成果为高密度、低功耗和可重构的光电子器件的集成以及超大带宽、超高速率、超高容量的光互联构架提供了一种新的思路和方法。

项目摘要

新型多功能石墨烯-硅基纳米集成光电子器件研究是光电子器件研究的一个重要分支,它是将石墨烯材料引入到硅基光电子集成器件的设计中,实现更高密度集成和多频段/多功能的复用。本项目采用有限元分析方法,结合石墨烯的光学特性和电学特性,建立了石墨烯层仿真模型;基于石墨烯-硅波导,提出结构独立与参数融合相结合的设计方法;从网络的视角,提出了一种新颖的器件设计架构,为新型多功能石墨烯-硅基纳米集成光电子器件设计提供了一种高度统一融合的设计方法,并搭建了相应的仿真平台,为进一步实现多波段/多功能复用,可重构、高密度光电子器件的设计和仿真铺平道路。该方法具有较强的鲁棒性,在集成光电子器件的设计中具有广阔的应用前景。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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