基于硅基微机械谐振器的低功耗集成光环行器研究

基本信息
批准号:61805215
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:刘力
学科分类:
依托单位:中国地质大学(武汉)
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:余志华,莫文琴,陈梽,李志城,姚志文
关键词:
微环谐振腔片上光互连光传输波长滤波纳米梁腔
结项摘要

Integrated optical circulators are key components in optical communication chips. In these devices, optical signals could be transmitted in a strict circular order while be blocked in the opposite order. Therefore, the integrated circulators could effectively ensure the transmission order and stability of optical signals, which have broad application prospects and great demands in the next generation optical communication networks. In order to solve the crucial challenges and physical problems in terms of high power consumption and narrow bandwidth, we make deep investigations on the opto-mechanical effect in silicon mechanical and free-hanging microring resonators (MRRs) and optimize the optical circulator model based on the free-hanging MRRs. Therefore, the power consumption of the optical circulator could be largely reduced. On the other hand, the tuning range of electrode is designed to be larger than the free spectral range of the MRR to effectively utilize multiple resonances and break the bandwidth limit. In this case, the working bandwidth of the circulator could be greatly expanded. Especially, we focus on the optimization of the optical force in the free-hanging microring resonator and enhancement of electrode modulation efficiency. The general target is to realize integrated optical circulators of low power consumption (<1mW), wide bandwidth (>30nm) and high isolation (>40dB). The research results of this project could provide an innovative solution and effective scheme for on-chip signal circular transmission with low power consumption and wide bandwidth, which have important scientific significance for silicon photonic chips to be applied in 5G technology and so on.

集成光环行器是光通信芯片中的关键元件,它能够严格控制信号按照特定的环路依次传输而禁止反向传输,从而有力地保障了传输信号的有序性和稳定性,在下一代光通信网络中有着广阔的应用前景和市场需求。针对集成光环行器功耗高和带宽窄等难点和关键物理问题,本项目通过深入研究硅基机械悬空微环中的光力效应机理,接着以悬空微环为基本单元优化光环行器模型,从而大幅度地降低光环行器的功耗;同时,设计电极的调谐范围大于微环的自由频谱范围,高效地利用了微环的多个谐振波长,从而突破了谐振器应用于光环行器领域的窄带宽限制,极大地扩展了环行器的工作带宽。本项目重点解决悬空微环中光力优化和热电极调制效率增强的问题,最终实现低功耗(<1mW)、大工作带宽(>30nm)和高隔离度(>40dB)的集成光环行器,为光信号在集成芯片上进行低功耗和宽带环路传输提供新思路和有效方法,对促进硅光子芯片实际应用于5G等技术具有重要的科学意义。

项目摘要

集成光环形器能够严格控制信号按照特定的环路依次传输而禁止反向传输,是构建片上全光网络的核心元件,有力地保障了光通信芯片上传输信号的有序性和稳定性,有着广阔的应用前景和市场需求。国际上报道的大多数集成光环行器方案功耗比较高而且工作带宽较窄,并且器件结构的端口数目难以扩展。本项目针对集成光环行器中的难点和关键物理问题,从理论分析、器件设计和工艺制作、测试验证三方面出发,提出并制作了硅基集成片上光环形器。建立了悬空微环实现非对称光传输的理论模型,解决了光环形器功耗高的问题;以实现最强的光力效应为目标,优化了悬空微环的各项结构参数,提升了光环形器的隔离度等性能;设计了以悬空微环为基本单元的光环行器整体模型,实现了宽带传输且端口数可扩展的光环形器。通过微纳器件加工,实际制作了多端口的集成光环形器,在低功耗条件下实现了高隔离度。在理论和方法上实现一定程度创新,良好地完成了研究目标。设计的集成光环形器功耗低、隔离度高、结构可扩展、制作成本低,为集成芯片上光信号的低功耗和宽带环路传输提供了有效解决方案,在光通信芯片和微波光子芯片中有着重要的科学意义和应用。在该项目的资助下,共发表影响因子大于2的SCI论文17篇(其中15篇为第一作者或者通讯作者),申请国家发明专利6项(已授权1项),培养硕士研究生6名,其中已毕业3名。项目结题成果整体上超过预期研究目标。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
4

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
5

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022

刘力的其他基金

批准号:60408007
批准年份:2004
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60527004
批准年份:2005
资助金额:70.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30070039
批准年份:2000
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
批准号:81272230
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:11405064
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70273003
批准年份:2002
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:31571145
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:71071021
批准年份:2010
资助金额:26.10
项目类别:面上项目
批准号:51903043
批准年份:2019
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81573648
批准年份:2015
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:81401632
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39840023
批准年份:1998
资助金额:5.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31030037
批准年份:2010
资助金额:180.00
项目类别:重点项目
批准号:U1407201
批准年份:2014
资助金额:260.00
项目类别:联合基金项目
批准号:61340010
批准年份:2013
资助金额:4.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30270430
批准年份:2002
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:50173004
批准年份:2001
资助金额:25.00
项目类别:联合基金项目
批准号:50503002
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70773024
批准年份:2007
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:31871046
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:30871283
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:61024802
批准年份:2010
资助金额:24.00
项目类别:专项基金项目
批准号:91632107
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:重大研究计划
批准号:79870077
批准年份:1998
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:30370324
批准年份:2003
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:30671944
批准年份:2006
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:61240024
批准年份:2012
资助金额:4.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81173156
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51073008
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:51408401
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:49575254
批准年份:1995
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:81171944
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71173053
批准年份:2011
资助金额:43.00
项目类别:面上项目
批准号:39870233
批准年份:1998
资助金额:11.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

硅基太赫兹无源集成谐振器研究

批准号:61601089
批准年份:2016
负责人:罗讯
学科分类:F0120
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于纳米硅结构的硅基光电集成材料的可控光发射研究

批准号:60508009
批准年份:2005
负责人:马忠元
学科分类:F0509
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
3

硅基微纳光子器件及集成

批准号:60837001
批准年份:2008
负责人:胡雄伟
学科分类:F04
资助金额:200.00
项目类别:重点项目
4

硅基射频微机械集成声路传感器研究

批准号:60176027
批准年份:2001
负责人:朱大中
学科分类:F0404
资助金额:20.00
项目类别:面上项目