光通信硅光子学

光通信硅光子学
光通信硅光子学

会 员 委 班 金 习 基 讲 学 理 科 物 然 验 自 实 家 部 国 学 理 数
硅基光子学的新进展
Recent Progresses of Si-Based Photonics SiSi-Based
Three Major Inventions in Optics
Laser Laser Low-loss Optical Fiber Low-loss Optical Fiber Semiconductor photonic Devices Semiconductor photonic Devices
余 金 中
Jinzhong YU
Three “T” of Information Society “T” 信息社会中的三“T” 信息社会中的三“T”
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences P. O. Box 912, Beijing 100083, CHINA E-mail: jzyu@https://www.360docs.net/doc/249175819.html,
12 “T”: tera (1012 ) 1. Calculation rate of computer 计算机计算速度 1T bit/sec. 2. Transmission rate of optical fiber communication 光纤通信传输速度 1T bit/sec. 3. Recordation density of optical disc 2 光盘记录密度 1T bit/inch2
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4
OUTLINE
Moore’s Law Moore’s
Itanium? 2 Processor Itanium? 2 Processor Itanium?
1. Introduction 2. Si-based light emitter
Microprocessor transistor count
Source: Intel Source: Intel
1,000,000,000 1,000,000,000
a. Stimulated emission from Si nanostructure b. CW Raman Si Laser a. SiGe/Si MQW RCE photodetector b. SOI-based InGaAs photodetector a. Optical modulator b. Optical filter c. Optical switch
100,000,000 100,000,000 10,000,000 10,000,000
3. Si-based photodetector
Pentium? III Processor Pentium? III Processor Pentium?
Pentium? 4 Pentium? 4 Pentium? Processor Processor
Pentium? Processor Pentium? Processor Pentium?
Pentium? II Processor Pentium? II Processor Pentium?
386? Processor 386? Processor 386?
486? DX Processor 486? DX Processor 486?
1,000,000 1,000,000 100,000 100,000 10,000 10,000 1,000 1,000
4. SOI optical wave guiding devices
8086 8086
286 286
4004 4004
8080 8080
8008 8008
5. Summary
1970 1970
1980 1980
1990 1990
2000 2000
2010 2010
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2
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nd ~ 1 Billion transistors by 2nd half of decade
5
光子学
Tree Feature Sizes of Moore’s Law Moore’s
从物理学的角度看,光子学是研究光子的产生和运动特 性、光子同物质的相互作用及其应用的一门前沿学科。 从工程技术的角度看,光子学是研究作为信息和能量载体 所赋予的特性、运动行为及其应用的一门工程技术。
信息光子学
固体光子学
在信息领域,将光子看作信息载体,研究光子的产生和运 动特性,这种专门研究光子的信息功能和应用的新型科学 便是信息光子学。 专门以固体材料为介质,研究光子载体在固体介质中的产 生、运动、控制、操作,研究光子同固体物质的相互作用 及其应用,这种专门研究固体中的光子性能的新型科学便 是固体光子学。
半导体光子学:以半导体材料为介质的光子学。研 究半导体中光的产生、传输、控制和探测特性。
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信息科学五十年前后对比
年份 1950 晶体管发明不久,尚 无可靠产品,微小型 3 电子管体积>0.6cm3 >50mW 无 ~μs 2000 VLSI 中每个器 件平均体积 -8 3 <10-8cm3 <10nW >10 器件 ~0.1ns
8 8
Copper Approaching Limits
0 0 -10 -10
Simulation of 20” server channel transmitter w/ equalization Simulation of 20” server channel 20”
电子器件尺寸 电子器件功耗 集成度
8 缩小 108 倍
Channel Channel Attenuation [dB] Attenuation [dB]
前后变化
18G
-20 -20
7 缩小 107 倍 8 >108 倍
-30 -30
12G
Low Loss Low Loss Ro4350 Ro4350
Red Zone = Red Zone = Eye Closes Eye Closes
-40 -40
门电路延迟时间 计算机速度
加快数万倍
-50 -50
Standard Standard FR4 FR4
0 0
10 10
20 20
30 30
40 40
2 ~102 次/秒
12 ~1012 次/秒
10 增加 1010 倍
Data Rate [Gb/s]
引自 王守觉院士的学术报告
Copper scaling more challenging. Headroom getting squeezed.
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10
Transmitting Capacity vs. Year
Electrical to Optical
Silicon Photonics?
>= 40G
Enterprise Enterprise
Distance: Distance: 0.1-10km 0.1-10km
10G
Rack-Rack Rack-Rack
Distance: Distance: 1-100m 1-100m
OPTICAL
40G
3.125G
10G
Board-Board Board-Board
Distance: Distance: 50-100cm 50-100cm
Optical Tech
3.125G
5-6G 5-
10G
Chip-Chip Chip-Chip
Distance: Distance: 1-50cm 1-50cm
ELECTRICAL
5-6G 5-
Copper Tech
Tra nsit ion Zon e
15-20G 15-
20G
3.125G
10G
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C. H. Fine, Optoelectronic Industry Association
2004
2010
8
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11
Extending and Expanding Moore’s Law Moore’s
Sensors
Requirements for “Siliconizing” Photonics “Siliconizing”
REQUIREMENT
SOLUTION
Mechanical
EXPANDING
Discrete
SSI
LSI
VLSI
Biological
EXTENDING
Fluidics
Wireless
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Light Source* Guide Light Fast Modulation Light Detection Low-cost Assembly Intelligence
Low-cost External Laser Si-on-Insulator (SOI) WG Si MOS Capacitor Device Si Based Photodetector Si Passive Alignment Si CMOS Circuitry
Stimulated Raman scattering Stimulated Raman scattering
Silicon Photonics
*Light amplification/laser *Light amplification/laser
Optical
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UHV/CVD System SOI-based Photonicc Devices SOI-based
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“ A High-Speed Silicon Optical Modulator based a Metal-onSemiconductor Capacitor” SOI+CMOS, Ridge waveguide structure, 1 GHz A. Liu, et. Al., Nature, Feb. 22, 2004: 427, 616-618 “High speed silicon Mach-Zehnder modulator” a silicon modulator with an intrinsic bandwidth of 10 GHz and data transmission from 6 Gbps to 10 Gbps. L. Liao, et. al., OPTICS EXPRESS, 2005 , 13( 8) , 3129-3135 “Stimulation Emmission in a Nanostructured Silicon pn Junction Diode Using Current Injection” Nanostructure, pn juncture, Current Injection λ: 1.2μm, E: 1.1eV M. J. Chen, et. al., Appl. Phys. Lett., 2004: 54(12), 2163-2165. “A Continuous-wave Raman Silicon Laser” p-i-n diode embedded in Si waveguide, Cavity: multilater dielectric films. CW operation: Milestone for Si-based optoelectronic devices H. Rong, et. al., Nature, Feb. 17, 2005: 433, 725-727.
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Progresses in the last 3 years
Raman Stimulated Scattering UCLA GHz-MOS Modulator Intel Wavelength Conversion UCLA PBG WG <7dB IBM, FESTA, NTT CW Gain in photonic wire: Columbia University Low loss Si nanowires Columbia Cornell IBM, NTT DGADC Surrey Raman Net Fulsed Gain Ientel, Cornell UCLA, CUHK Lossless modulator Intel
Silicon pn Junction Diode with Si/SiO2/Si Nanostructures
2003
PBG WG <25dB/cm IBM
2004
30GHz SiGe PD IBM
Gain in tapered waveguides Tech. University Hamburg 10GBit/s Modulator Intel
Polarisation indepenent ring resonator Surrey
2005
Raman laser direct electrical switching UCLA
First CW Raman Laser Intel
Single mode equation for small waveguides Surrey
2005 FGP (Four Group Photonics) Terahertz and Mid-IR Sources, Optoelectronic Integration, MidMid-IR Photonic Crystals, Light Sources, Modulators & Switches, Photodetectors, Waveguides, Lasers Photodetectors,
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M. J. Chen, et. al., Appl. Phys. Lett., March 22, 2004: 54(12), 2163-2165. M. J. Chen, et. al., Appl. Phys. Lett., March 22, 2004: 54(12), 2163-2165. 17
Why SOI?
A Continuous-wave Raman Si Laser
Advantage SOI wafers available Transparent for light 1.3μm & 1.55 μm Large refraction difference between Si and SiO2 Compatible with CMOS technique Large thermal conductivity Possible for integrating multiple optical devices
Disadvantage Without Pockels effect Slow modulation mechanism Small size for single-mode waveguide Limited optical confinement of rib waveguide with large cross section Large coupling loss between waveguide and fiber Large reflection loss when coupling
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SOI-based photonics is potential to converge computing and communications
H. Rong, et. al., Nature, Feb. 17, 2005: 433, 725-727.
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PL Spectra of Ten-bilayer Sample of Ge/Si (001) Islands
TOWL
Top- and bottom-illuminated RCE-PD Topbottom-illuminated RCE-PD
50mW
D
L2
L1
NPWL
PL Intensity (a.u.)
x10
10K 30K 50K 70K 100K 130K 200K 250K
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
Energy (eV)
Sample No. 545 λ= 514.5 nm λ= 2 P = 50mW/mm2 Ge detector 1.099eV Si Sub. TO Peak, NPWL+TOWL wetting layers WL WL L1+L2 NP TO from Ge islands
The study demonstrated that the underlying GexSi1-x x 1-x layers took part in the formation of Ge islands partly. PL spectra showed that photoluminescence from Ge islands is stronger than that from Ge grown Si directly.
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(a) Si/SiO2 interface in the SOI and a stack of Si/SiO2 DBR films on the on the 2 2 epitaxial wafer as the bottom and top mirrors. (b) Bottom mirror is also Si/SiO2 DBR films on Si substrate. 2 Bonding technique to combine wafer A (SiGe/Si MQW grown on Si) and wafer B (Si/SiO2 DBR films deposited on Si) together. 2
22
PL Spectra of Silicon Rich Silica (SRO) with Different Si Concentration
1.2
38 at% 40 at% A 42 at% 46 at% 48 at% 54 at%
A
Responsivity Spectra of SiGe MQW RCE-PIN PD
Normalized Intensity (a.u)
40 at%
B
C
0.8
600 700 800 900 1000 1100 1200
0.4
B
C
0.0
1, radiation of Si NC. 2, interface state recombination. 3, localized state transitions in α Si clusters.
600
700
800
900 1000 1100 1200
Wavelength(nm)
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X. X. Wang, J. G. Zhang, et. al., "Origin and evolution of X. X. Wang, J. G. Zhang, et. al., "Origin and evolution of photolumines-cence from Si nanocrystals embedded in a SiO2 photolumines-cence from Si nanocrystals embedded in a SiO2 matrix”, PHYSICAL REVIEW B 72, 195313 ,, 2005. matrix”, PHYSICAL REVIEW B 72, 195313 2005.
Top-incident PD: R=10.4mA/W, FWHM=32nm at 1.283μm, VR=-5V. R Bottom-incident PD, R=19mA/W, FWHM=14nm at 1.305μm,VR=-5V. R The peak responsivity increases with reverse voltage.
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α of different materials
1.55μm Si-based InGaAs RCE-PD 1.55μm Si-based RCE-PD
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Response of Si-based Si-based InGaAs RCE-PD RCE-PD
1 0
SOI Rib Waveguide
Relative responsivity(dB)
-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
Rectangular Cross Section
Terraced Cross Section
0
1
2
3
4
5
Frequency(GHz)
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λ0 = 1590.5nm, FWHM<12.5nm, 0 R = 0.48A/W, η~ 44% at 0V, f3dB=1.8GHz. 3dB
Beam propagation method:semi-vectorial BPM. Applied in simulation of straight waveguides. Effective index method: Applied in simulation of S-bend waveguides.
Numerical Simulation for SOI Waveguide
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High Frequency Si Optical Modulator
Single Mode Conditions of SOI Rib Waveguides
t ≤ 0 .3 + r 1 ? r2 , r > 0 .5
R.A. Soref, J. Schmidtchen, K. Petermann, IEEE J. Quantum Electro., 1991, 27(8):1971-1974.
t≤
r
1 ? r2
r > 0 .5
A. Liu, et. al., Nature, Feb. 22, 2004: 427, 616-618 A. Liu, et. al., Nature, Feb. 22, 2004: 427, 616-618
S. P. Pogossian, L. Vescan, and A. Vonsovici, J. Lightwave Technol. , 1998, 16(10):1851-1853. t=W/H,r=h/H,W、H and h is the width, height, and slab height, respectively.
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High frequency Si optical Modulator
Single Mode Condition for Rib Waveguide
Rectangular Cross Section: r , r > 0.5 t ≤ 0.29 + 1 ? 0.97 r 2 Terraced Cross Section: 0.63r t ≤ ?1.12 + + 2.04r, r > 0.5 1 ? 1.03r 2 Were t=Wtt/H,r=h/H
Jinzhong Yu, Saowu Chen, Jinsong Xia, et. Al., Science in China Jinzhong Yu, Saowu Chen, Jinsong Xia, et. Al., Science in China Ser. F Information Science, 2005 Vol. 48 No. 2, 234-246. Ser. F Information Science, 2005 Vol. 48 No. 2, 234-246.
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Simulation of Y-bench Splitter Y-bench
50 50
50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0
50 50
40 40
40 40 30 30
Characteristics of 2×2 Thermal-Optical Switch 2×2 Thermal-Optical
30 30
20 20
20 20 10 10
10 10
0
0
0
0
0
-10 -10
-10 -10 -20 -20
-10 -10
-20 -20
-20 -20
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
50 50
50 50
50 50
40 40
40 40
40 40
30 30
30 30
30 30
Extinction ratio: 20dB, Switching power: 150mW, Switching time: 2μs.
20 20
20 20
20 20
10 10
10 10
10 10
0
0
0
0
0
0
-10 -10
-10 -10
-10 -10
-20 -20
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-20 -20
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
-20 -20
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
Yanping Li, Jinzhong Yu and Shaowu Chen, Photonics Yanping Li, Jinzhong Yu and Shaowu Chen, Photonics Technology Letters, pp1641-1643, No.8, 2005 Technology Letters, pp1641-1643, No.8, 2005
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
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Simulation of MMI Planar Slab Optical Waveguide
Design of Spot Size Converter (SSC)
Butt coupling
Mode match between fiber and waveguide Reflection loss Waveguide endface quality Alignment between fiber and waveguide
Key parameters: Length of SSC tip width lithography error
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Jingwei Liu, Jinzhong Yu ,, Shaowu Chen,et. Al., Jingwei Liu, Jinzhong Yu Shaowu Chen,et. Al., Optical Engineering Letter, Vol.44,No.7, 2005 Optical Engineering Letter, Vol.44,No.7, 2005
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Structure of 2×2 Optical Switch 2×2 with Terraced Cross Section
Total Internal Reflection Mirrors
Normal interference MMI,W=30μm,L=5330μm Isolating groove shortens 4000μm for the device length. Blocking groove blocks the stray light in the chip. The grooves degrade the crosstalk characteristic of the device.
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Total Internal Reflection Mirrors
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40
16×16 Thermo-optic Switch Thermo-optic Matrix Architecture
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Blocking 16×16 SOI Optical Switch Matrix
16×16 switch matrix: 32 switch cells. 4-stage interconnections. Size: 4.5cm × 0.215cm. 2×2 switch cell: 0.6cm × 20μm. Insertion loss: 21.7~27.1dB. crosstalk: -12.6~-33.2dB. extinction ratio: 13.8~22.3dB. power consumption : ~200mW. rise and fall time: 2.1μs & 2.3μs.
Single Mode Conditions of Nanowire Waveguides
W (0.94 + 0.25H )r ≤ 0.05 + H 1? r2
0.3 < r < 0.5
1.0μ m ≤ H ≤ 1.5μ m
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Jinzhong Yu, Shaowu Chen, Zhiyong Li, et. al., “SOI Optical Switch Jinzhong Yu, Shaowu Chen, Zhiyong Li, et. al., “SOI Optical Switch Matrix Integrated with Spot Size Converter (SSC)”, to be published Matrix Integrated with Spot Size Converter (SSC)”, to be published in 2006 International Conference on Four Group Photonics. in 2006 International Conference on Four Group Photonics. 39
S. P. Chan et al. Single-mode and polarization-independent S. P. Chan et al. Single-mode and polarization-independent silicon-on-insulator waveguides with small cross section. J. silicon-on-insulator waveguides with small cross section. J. Lightwave Technol., 23(6):2103-2111, 2005 Lightwave Technol., 23(6):2103-2111, 2005
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光子晶体的内涵
自然界中的光子晶体
蛋白石是天然界的光子晶体
蝴蝶翅膀鳞片具有光子晶体结构
澳大利亚盛产的蛋白石具有光子晶体结构,它是有二氧化 硅纳米球堆积而成,它的色彩与色素无关,而是由于具有 不同带隙的光子晶体结构,反射不同颜色的光。 蝴蝶翅膀的鳞片也是光子晶体结构,它的色彩与选择反射 光有关。
47
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Ring Resonators
0 Transmission (dB) -5 -10 -15 -20 -25 -30
Directional coupler Directional coupler
Multi-mode interference coupler Multi-mode interference coupler
SiO2 cladding patch
-35 1550
1551
W a ve le ngth (nm)
Input Input
Transmission Transmission
Input Input
Transmission Transmission
Ring resonators are versatile devices Can be configured as filters, switches, add-drops, … Applications in tele- and data- communications, sensing, computering..
Polarization sensitivity has been a major obstacle to deployment of rings as wavelength filters and add-drops
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Need simple solution. Easy to fabricate
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会 员 委 班 金 习 基 讲 学 理 科 物 然 验 自 实 家 部 国 学 理 数
Tendency of Semiconductor Technology
(a)Photonic-nanostructure device based on in-plane hetero photonic crystals, where in-plane arrays of photonic crystals with different lattice constant (1.25nm) are integrated. (b) multi-channel (add) operation. drop
2006-7-26 49 2006-7-26
余金中:半导体光电子技术,2003,化工出版社
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EB Lithography & ICP Etching
Si-based OEIC Si-based
2006-7-26
50
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Experimental Result of SOI-PC
Summary
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输区与截止区。 photonic-nanostructure devices can be indeed realized. Nanocavities with ultrahigh Q factor of 600,000. Apllication in various fields including quantum communication and computing, bio and accurate environmental monitors.
理 论 计 算 取 r/a=140/400 (nm), 相 应 的 波 长 范 围 :1563 - 1602nm,实验测出的范围约是1585-1615nm.出现了明显的传
Si , SiGe and SOI are the promoting materials for Sibased photonic devices. The progress of Si photonics in recent years has been significant and rapid. The current trend of shrinking device dimensions raises important design and strategy issues. With the recent developments, Si super-chip now seems within reach. There are a long way to go for Si-based PIC (photonic integrated circuit), but potential for it is available and the future is bright !
“It is a great time to be working on Silicon Photonics.”
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? Prof. Graham T Reed ? Prof. Graham T Reed (Advanced Technology Institute, University of Surrey, UK) (Advanced Technology Institute, University of Surrey, UK)
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9

物理学院2011级研究生光电子学与光子学原理及应用考题

物理学院2011级光学专业研究生 《光电子学与光子学原理及应用》考题 1.简答题 1.1 受抑全内反射有什么特点? (5分) 1.2 解释下图中的现象。(5分) 1.3 本征半导体、n 型半导体和p 型半导体的Fermi 能级以什么特点?? (5分) 1.4 下图是一个LD 的输出谱,解释三个谱变化的物理含义。 (5分) 1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点?吸收和倍增发生在什么区域? (5分) 2.计算题 2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽?ν。以波长来衡量, 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽?λ。显然,λ0 = c/ν0。因为?λ << λ0、?ν << ν0,利用λ = c/ν,证明:谱宽?λ和相干长度l c 满足: c 2000λννλνλ?=?=?,λλ?=?=20t c l c

对于He-Ne 激光器,λ0 = 632.8nm ,?ν ≈1.5GHz ,计算?λ。(15分) 2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm 的GaAs ,它夹在两个AlGaAs 层之间。GaAs 和AlGaAs 的折射率分别为 3.66和3.40。假设折射率随波长变化不是很大。截止波长是多少?(大于截止波长时波导中只能传播单模)。如果波长为870nm 的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs 层传播,消逝波向AlGaAs 层的贯穿深度是多少?这个辐射的模场直径是多少?(15分) 2.3 内量子效率ηint 给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。非辐射跃迁中,电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。由定义, nr r r int 111)(τττη+=+=非辐射复合速率辐射复合速率总复合速率辐射复合速率 τr 是少数载流子在辐射复合前的平均寿命,τnr 是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。 总电流I 是由总复合速率决定的,而每秒发射的光子数(Φph )是由辐射复合速率决定的。所以,内量子效率ηint 又可以写为: e I h P e I //op(int)ph int νη=Φ==每秒损失的总载流子每秒发射的光子 其中,P op(int)是内部产生的光功率(还没有出腔外)。 对一个在850nm 发射的特定的AlGaAs LED ,τr =50ns ,τnr =100ns 。在100mA 的电流下,内部产生的光功率是多少?(15分) 2.4 一个InGaAsP-InP 激光二极管的光学腔长为200μm ,峰值辐射在1550nm 处,InGaAsP 的折射率为4。假设光学增益带宽不依赖于泵浦电流并取为2nm 。问: (1)对应于峰值辐射的模数是多少? (2)腔模之间的间隔是多少? (3)在这个腔中有多少模式? (4)这个光学腔两端(InGaAsP 的晶面)的反射系数和反射率是多少?(15分) 2.5 一个商用的InGaAs pin 光电二极管的响应度曲线如下图。它的暗电流为5nA 。 (1) 在1.55μm 波长下,导致二倍暗电流的光电流的光功率是多少?在1.55μm 处,光电探测器的量子效率是多少? (2) 在1.3μm 波长下,如果入射光功率相同,光电流是多少?在1.3μm 处,光电探测器的量子效率是多少? (15分)

2016年硅光子领域新进展及发展趋势

2016年硅光子领域新进展及发展趋势 硅光子技术是基于硅材料,利用现有CMOS工艺进行光器件的开发和集成的新一代技术,在光通信,数据中心,超级计算以及生物,国防,AR/VR技术,智能汽车与无人机等许多领域将扮演极其关键的角色。美欧等国在硅光子领域已经有十多年的投入和积累,并业已形成了产业优势。Light Counting的测,仅硅光子在光通信领域的产品市场五年内就将达到10亿美元以上。未来一二十年内,硅光子技术的市场更将远远超过这一数字。有专家认为,现在市场上虽然硅光子的商用产品还不多,但是很可能厂商只是在等待别人先发布或是在评估不同的技术。现在只是爆发前的静默期。以下为2016年以来,硅光子领域的一些进展情况:1、Ciena收购Tera Xion磷化铟和硅光子资产 2016年1月,Ciena公司和私有企业Tera Xion表示双方已经达成了一项协议,即Ciena将收购这家加拿大公司的高速电子元器件(High-Speed Photonics Components,HSPC)资产。Ciena 将支付大约4660万加元(约3200万美元)收购以下资产,包括磷化铟和硅光子技术以及潜在的知识产权(IP)。 Tera Xion在光网络市场最初是以其可调色散补偿器闻名。2013年,Tera Xion通过收购COGO Optronics的调制器资产跨足相干接收机和调制器领域。在该领域,Tera Xion开发出400Gbps 应用的磷化铟调制器。Tera Xion还开始发展硅光子;在ECOC2015展会上,该公司发表了一篇论文,表示它正在开发一款基于硅光子的针对PAM4传输的调制器。 对于这些模块,Ciena未透露是否有所规划。Ciena发言人Nicole Anderson在回复Lightwave 的一封邮件咨询时表示:“对于如何应用我们收购的这些资产,目前还没有细节。简单来说,这是一次战略性收购,是为了更好的掌控我们的WaveLogic芯片组,增强我们在调制格式能力方面的灵活性,以便公司继续展示从数据中心互连到跨太平洋海底链接等全方位应用方面的领先的性价比。” 与此同时,TeraXion总裁兼CEO Alain-Jacques Simard表示,出售HSPC资产只是让公司变回一家在色散补偿和各种滤波技术方面的专业公司。公司还将在光纤激光器和光传感应用方面保持活跃。 2、NeoPhotonics推出硅光子QSFP28光模块激光器 光学组件和模块供应商NeoPotonics宣布,推出了基于硅光子QSFP28组件的1310纳米和1550纳米大功率激光器以及激光器阵列。 NeoPotonics表示,该非制冷激光器和阵列将应用于数据中心光收发器。包括基于各种多源协议(MSAs)的光模块,例如CWDM4、CLR4以及PSM-4等。每种多源协议(MSAs)都需要磷化铟DFB激光器的支持。 该激光器支持的功率为40mW至60mW,温度范围也较广。 NeoPotonics表示已经与全球服务器和存储端到端连接解决方案的领先供应商Mellanox Technologies合作,共同开发能通过倒装芯片技术粘合至Mellanox公司光学引擎的激光器阵列。最终研发出了一款高容量、低成本电子式100G PSM4光模块组件。 3、Mellanox发布首个200Gb/s硅光子设备 世界领先的高性能计算、数据中心端到端互连方案提供商Mellanox在OFC 2016(美国光纤通讯展览会)上展示了全新的50Gb/s硅光子调制器和探测器。它们是Mellanox LinkX系列200Gb/s和400Gb/s电缆和收发器中的关键组件。本次展示的突破性成果对于InfiniBand和以太网互连基础设施具有里程碑意义,让端到端的HDR 200Gb/s解决方案成为可能。Mellanox公司商务拓展和互连产品部执行副总裁Amir Prescher表示:“硅光子技术是200Gb/s InfiniBand和以太网网络的使能技术。QSFP56模块可将下一代交换机的前置面板密度提升一

光电子 和 光子学原理 第一章 2014-03-6

光从一个更稠密介质n1和一个不太致密的介质N2之间的边界处的全内反射是伴随着在边界附近的介质2的渐逝波传播。发现这一波的函数形式,并与距离的讨论如何将其因人而异进入介质2。其具有的Y衰减为振幅。注意,被忽略,因为它意味着光波在介质2的振幅,因此强度的增长。这里考虑的行波的一部分,这是在z波矢,即,沿边界。从而渐逝波在z 传播。此外,这意味着该传输系数。必须是这是一个实数,并且是相变所指示的复数。注意,不,但是,改变传播沿z和沿y中的渗透的一般表现。 B 强度,反射率,透射率 它是经常需要计算的反射波和透射波的强度或照度当光在指数n1的介质行进,入射在一个边界,在那里的折射率变化到n2。在某些情况下,我们简单地在垂直入射那里是在折射率的变化感兴趣的.. 对于光波行进机智速度v与相对介电常数ε的介质时,光强度L是在电场振幅e作为定义的。 这里表示在每单位体积的场的能量。当由速度v乘以它给在该能量通过一个单位面积传输的速率。反射率R的措施,以使入射光和反射光的强度可以单独用于电场分量平行和垂直于入射面被定义。虽然反射系数可以是复数,可以表示相位变化,反射率是一定表示强度变化的实数。复数幅度限定在其产品而言,其复数共轭。由于玻璃介质具有大约1.5的折射率,这意味着通常在空气- 玻璃表面上的入射辐射的4%被反射回透射吨涉及发射波到以类似的方式对反射入射波的强度。我们必须,但是,考虑到透射波是在一个不同的媒介,也是其相对于边界方向与入射波的不同折射。对于垂直入射时,入射光和透射光束是正常和透射率被定义.光的部分反射和透射部分必须经过叠加。 例:疏介质反射光的(内部反射) 光的光线是行驶在折射率为n1的玻璃介质=1.45变为事件折射率n2=1.43的密度较小的玻璃介质。假定光线的自由空间波长为1微米。 A 一个我应该为TIR最小入射角是什么? B 什么是当a =85,反射波的相位变化- 90? 考虑光在法向入射上的折射率1.5与空气的折射率1的玻璃介质之间的边界处的反射。 A:如果光从旅行的玻璃,什么是反射系数和相对于入射光的反射光的强度? B:如果光从玻璃行进到空气中,什么是反射系数和相对于入射光的反射光的强度? C:什么是在一个以上的外部反射偏振角?你会怎么做一个宝丽来设备,基于偏振角偏振的光? 如果我们从玻璃板上反射光,保持入射角在56.3(我们可以使用反射光将与电场分量垂直于入射面偏振。的透射光将在该领域更大入射平面上,也就是说,这将是部分偏振光。通过使用堆栈玻璃板1可以增加透射光的偏振(这种类型的桩的感光板的偏振片的是在1812年发明了多米尼克fjarago) 当光入射在半导体的表面上,就变成部分地反射。局部反射是在太阳能电池,其中透射光能

英特尔实现硅光子数据连接未来将以光代电

英特尔实现硅光子数据连接未来将以光代电据美国物理学家组织网7月28日(北京时间)报道,美国英特尔公司宣布其在全世界首次实现硅光子数据连接,数据传输速度高达每秒500亿比特(50Gbps),目前,他们正朝着实现每秒1万亿比特(ITbps)的目标迈进。英特尔公司首席技术官、实验室主任贾斯廷?拉特勒表示,此项成果是该公司在硅光学通信领域取得的里程碑式的进展。结果证实,在未来的电脑中,光束可代替电子来传输数据,研究人员可用超细超轻的光纤替代铜线,让计算机在更长的距离传输更多的数据,从根本上改变未来电脑的设计模式,以及未来数据中心的构建方式。当前,计算机组件之间通过电路板的铜线或印痕来相互“沟通”。但使用铜等金属传输数据时,信号会出现衰减,因此,铜线的最大长度受到限制,这就迫使处理器、存储器等组件相互“依赖”在一起,限制了计算机的设计。而英特尔公司最新的研究成果可以让超级计算机或未来数据中心的组件散落在建筑物的各个角落,相互之间可实现高速连接。硅光学通信也将使搜索引擎公司、云计算提供商等数据中心的用户能够改进性能、增加功能、节省能源和空间,甚至还能帮助科学家建造更强大的超级计算机来解决世界上最难的问题。拉特勒介绍,该硅光子连接模型由一块硅传输器芯片、一块硅接收器芯片组成,芯片的制造成本很低。其中每块芯片上都整合了英特尔在相关领域的重大突破,包括全球首款混合硅晶激光器以及2019 年推出的高速光学调制器和光电探测器。

发射器芯片包含 4 个激光器,每个激光器发射的光束进入一个光学调制器中,调制器以12.5Gbps 的速度对激光束携带的数据进行编码,这4 束激光结合后输出到一条光纤上,数据的总传输率由此达到了50Gbps。而接收器芯片负责将这4束光束分开,并将它们直接引入光学探测器中,由光学探测器将数据变回电信号。 英特尔公司正在尝试通过提高调制器的编码速度以及增加每块芯片上激光器的数量来让数据的传输速度达到1Tbps, 这足以将一台计算机上的所有信息在一秒钟内传递到另外一台计算机上。

中国硅光子行业和硅光子技术发展分析报告2017-2018

中国硅光子行业和硅光子技术发展分析 报告2017 研究报告 Economic And Market Analysis China Industy Research Report 2018 zhongbangshuju

前言 “重磅数据”行业分析报告主要涵盖范围 “重磅数据”研究报告主要涵盖行业发展环境,行业竞争格局和企业竞争分析,市场规模和市场结构,产品的生命周期,行业技术总体情况,主要领先企业的介绍和分析以及未来发展趋势等。 ”重磅数据“企业数据收集解决方案 ”重磅数据“平台解决方案自身数据库包含上中下游产业链数据资料。能够有效地满足不同纬度,不同部门的情报收集和整理。依据客户需求,搭建属于企业自身的知识关系图谱,打通上、中、下游的数据信息服务,一站式采集到所需要的全部数据服务。可以满足不论是企业、个人还是高校或者研究机构在不同层面需求。 关于我们 ”重磅数据”是基于知识关系挖掘的大数据工具,拥有关于企业、行业与专业研究机构的最完整的全球商业信息解决方案,帮助您在有限时间内获取最全面的商业资讯。提供全球超过500个行业的15000篇细分研究行业分析报告,用户均可获取相关企业、行业与企业决策者的重要信息。在有限时间内获取有价值的商业信息。

目录 第一节数据中心内部光进铜退需求迫切 (6) 一、数据流量以极快速度增长 (6) 二、芯片层面光进铜退成为必然 (8) 三、硅光子技术有望成为颠覆 (10) 第二节硅光子行业爆发将即 (12) 一、硅光子技术进入集成应用阶段 (12) 二、激光器和功耗方面进展为商用奠定基础 (14) 三、Intel 技术规划显示硅光子行业每3 年性能提升8 倍 (17) 四、预计硅光子行业两年左右可能迎来爆发 (17) 第三节硅光子技术将对光通信产业进行重塑 (19) 一、行业初步发展期,没有形成完整竞争格局 (19) 二、行业电子属性越来越强 (20) 三、下游应用端厂商切入研发制造环节 (21) 第四节行业领先公司布局 (21) 一、Intel :8 月宣布100G 硅光子模组正式投入商用 (21) 二、IBM:硅光子成为超级计算研究方向之一 (23) 三、Acacia:2016Q3 营收达1.35 亿美元,保持高速增长 (25) 四、华为:收购Caliopa 切入硅光子技术研发 (27) 五、其他公司成果 (28) 第五节市场空间 (29) 第六节投资建议 (30)

国际光学与光子学会SPIE简介

国际光学与光子学会SPIE简介 SPIE成立于1955年,致力于推动以光为基础的技术,服务了超过170个国家。SPIE 每年组织或赞助近25个大型技术论坛、展览以及培训项目,范围遍及北美、欧洲、亚洲及澳洲。 1957年,出版了第一期SPIE报刊,举办了第一届国家技术研讨会。 1960年,SPIE报刊刊登了第一组技术论文。 1963年,SPIE举办了第一届研讨班形式的会议并出版了第一批会议记录。 1973年,总部从Redondo Beach迁往加州的Palos V erdes。 1975年,协会收入达到50万美元,实现了财政自给。 1977年,成立了协会金牌奖。总部迁往华盛顿Bellingham。 1995年,举办了成立40周年庆典。合作赞助了在西安举办的国际传感器应用与电子器件展览会。 2000年,SPIE会员Zhores I. Alferov因在半导体异质结构和高速光电子学方面的贡献获得诺物理学奖。 2003年,SPIE数字图书馆启动,提供了期刊和会议纪要的七万篇文献。 现在的光学和光电子学大都围绕信息光学展开研究。在集成光信息处理方面,有光计算、光学互连、衍射光学等前沿领域;在成像方面,较热门的技术有光学计算机断层成像和三维共焦成像系统;在光学传感器方面,人们越来越关注三维传感技术;新一代的全息术和光学信息处理技术也亟待开发。同时,信息光学的材料和装置也成为了热门领域。更加偏向应用领域的还有人机接口与显示技术。当然还有很多基础理论问题,如非线性光学、超快光学现象、散射、位相共轭等。 Statement of Purpose SPIE is an international society advancing an interdisciplinary approach to the science and application of light. About the Society SPIE is the international society for optics and photonics founded in 1955 to advance light-based technologies. Serving approximately 180,000 constituents from more than 170 countries, the Society advances emerging technologies through interdisciplinary information exchange, continuing education, publications, patent precedent, and career and professional growth. SPIE annually organizes and sponsors approximately 25 major technical forums, exhibitions, and education programs in North America, Europe, Asia, and the South Pacific. In 2010, the Society provided more than $2.3 million in support of scholarships, grants, and other education programs around the world.

光通信硅光子学

会 员 委 班 金 习 基 讲 学 理 科 物 然 验 自 实 家 部 国 学 理 数
硅基光子学的新进展
Recent Progresses of Si-Based Photonics SiSi-Based
Three Major Inventions in Optics
Laser Laser Low-loss Optical Fiber Low-loss Optical Fiber Semiconductor photonic Devices Semiconductor photonic Devices
余 金 中
Jinzhong YU
Three “T” of Information Society “T” 信息社会中的三“T” 信息社会中的三“T”
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences P. O. Box 912, Beijing 100083, CHINA E-mail: jzyu@https://www.360docs.net/doc/249175819.html,
12 “T”: tera (1012 ) 1. Calculation rate of computer 计算机计算速度 1T bit/sec. 2. Transmission rate of optical fiber communication 光纤通信传输速度 1T bit/sec. 3. Recordation density of optical disc 2 光盘记录密度 1T bit/inch2
2006-7-26
4
OUTLINE
Moore’s Law Moore’s
Itanium? 2 Processor Itanium? 2 Processor Itanium?
1. Introduction 2. Si-based light emitter
Microprocessor transistor count
Source: Intel Source: Intel
1,000,000,000 1,000,000,000
a. Stimulated emission from Si nanostructure b. CW Raman Si Laser a. SiGe/Si MQW RCE photodetector b. SOI-based InGaAs photodetector a. Optical modulator b. Optical filter c. Optical switch
100,000,000 100,000,000 10,000,000 10,000,000
3. Si-based photodetector
Pentium? III Processor Pentium? III Processor Pentium?
Pentium? 4 Pentium? 4 Pentium? Processor Processor
Pentium? Processor Pentium? Processor Pentium?
Pentium? II Processor Pentium? II Processor Pentium?
386? Processor 386? Processor 386?
486? DX Processor 486? DX Processor 486?
1,000,000 1,000,000 100,000 100,000 10,000 10,000 1,000 1,000
4. SOI optical wave guiding devices
8086 8086
286 286
4004 4004
8080 8080
8008 8008
5. Summary
1970 1970
1980 1980
1990 1990
2000 2000
2010 2010
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2
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nd ~ 1 Billion transistors by 2nd half of decade
5
光子学
Tree Feature Sizes of Moore’s Law Moore’s
从物理学的角度看,光子学是研究光子的产生和运动特 性、光子同物质的相互作用及其应用的一门前沿学科。 从工程技术的角度看,光子学是研究作为信息和能量载体 所赋予的特性、运动行为及其应用的一门工程技术。
信息光子学
固体光子学
在信息领域,将光子看作信息载体,研究光子的产生和运 动特性,这种专门研究光子的信息功能和应用的新型科学 便是信息光子学。 专门以固体材料为介质,研究光子载体在固体介质中的产 生、运动、控制、操作,研究光子同固体物质的相互作用 及其应用,这种专门研究固体中的光子性能的新型科学便 是固体光子学。
半导体光子学:以半导体材料为介质的光子学。研 究半导体中光的产生、传输、控制和探测特性。
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6
1

硅光子计数探测器推动新一代成像技术

硅光子计数探测器推动新一代成像技术硅光子计数器件最近取得了革命性进展,大量新型探测器正进入市场。这些探测器可应用于许多新领域,如荧光寿命成像、正电子发射X线断层显像、辐射探测、高能物理、激光测距(激光雷达)和粒径测量。潜在应用甚至包含新兴的通信技术领域,如保密通信中的量子密钥分配。 图1.在纳米压印光刻技术中,重复使用一个模版大批量的压印预定形状的晶圆。在最终的沉积工序之后,晶圆既可以依尺寸切成方块,也可以再利用压印技术制备其它的功能层。 以前,光子计数器建立在三种不同技术平台上。其中之一是以真空管为基础的光电倍增管(PMT)。这些探测器具有光探测面积大的优点,可用于各种器件。此外,庞大的市场使得PMT探测器的成本降到了合理水平。但PMT探测器要求工作电压超过1000V,时间精度也很差(约为500ps),量子效率由于受到光电阴极限制而约为20%,更重要的是它们与高密度阵列技术不兼容,也无法实现微型化。微通道板(MCP)是一种改进的PMT,它显著提高了时间精度(少于100ps),但动态范围受限(100kHz/s)。此外,MCP探测器非常昂贵且容易毁坏。 第二种光子计数平台以第一代“透过式”硅探测器结构为基础。该平台需要高电压(超过100伏),依赖厚的耗尽层。尽管厚耗尽层在较长的波长(约1000nm)处具有高响应度,但是时间精度却降低了。而且,透过式结构也不与标准硅工艺技术兼容,在阵列中无法使用,因此完全不能用于成像。 第三种光子计数传感器技术平台是电子倍增电荷耦合器件(EMCCD),它是在标准CCD相机的基础上,将增益寄存器集成到输出电路中。这是一种多像素成像器件(可达1000?000),但是因为其特殊的数据读取装置,会丢失全部时间分辨率信息。EMCCD也需要强力冷却(温度要降到-100℃),这使得器件复杂而昂贵。 第二代硅光子计数器件 最新的第二代硅光子计数技术将引发微光成像技术的革命。这一技术以盖革模式的浅结硅偏压二极管为基础,经过多年的发展和改进,现已成为一种成熟的工艺技术。浅结的性能优点包括:时间抖动小(小于100ps)、工作电压低(约35V)、计数速率快(10M/s)、量子效率高(大于45%),且光谱灵敏度范

硅光子是一种令人振奋的技术

硅光子是一种令人振奋的技术 当互联网流量在用户和数据中心之间传递时,越来越多数据通信发生在数据中心,让现有数据中心交换互联变得更加困难,成本越来越高,由此技术创新变得十分重要与紧迫。一种半导体技术—硅光子,具有市场出货量与成本成反比的优势,相比传统的光子技术,硅光器件可以满足数据中心对更低成本、更高集成、更多嵌入式功能、更高互联密度、更低功耗和可靠性的依赖。华为、思科、Facebook等巨头已经在这个领域布局多年,市场爆发可能就在眼前。 硅光子是一种令人振奋的技术,是基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI 等),利用现有CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术,结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势,是应对摩尔定律失效的颠覆性技术。这种组合得力于半导体晶圆制造的可扩展性,因而能够降低成本。 硅光子架构主要由硅基激光器、硅基光电集成芯片、主动光学组件和光纤封装完成,使用该技术的芯片中,电流从计算核心流出,到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤,到另一块芯片后再转换为电信号。 硅光子(SiP)实现廉价且规模生产的光连接,从根本上改变光器件和模块行业。未来三五年内,这种情况还不会发生,但硅光子技术可能在下个十年证明它是破坏性。基于硅光子的光连接与电子ASIC、光开关,或者(可能)新的量子计算设备的集成,将打开一个广阔的创新前沿。 预计到2022年,硅光子光收发器市场将超20亿美元,在全球光收发器市场中占比超20%。从出货量来看,到2022年,硅光子光收发器在总光收发器出货量中的占比将不到2.5%。这些产品中的大多数将是高端产品--100G或以上速率,因此定价也相对较高。 这似乎与许多业内专家的期望相悖,即希望硅光子能实现廉价且规模生产的光连接,并且取代现有的InP和GaAs平台。然而,如果硅光子的主要优势是集成,它将会是最适合需

清华大学电子工程系学科方向

电子工程系学科设置? 通信与信息系统 信号与信息处理 电磁场与微波技术? 物理电子学 电路与系统 电子工程系教学工作? 年本科开课目录? 年研究生课程目录? 各研究所教研室介绍 信息光电子研究所? 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目? 三、课题组介绍() 通信与微波研究所? 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目? 三、课题组介绍() 通信技术方向 电磁场与微波技术方向? 高速信号处理与网络传输研究所 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目 网络与人机语音通信研究所? 一、情况介绍和研究方向? 二、年在研的科研项目 三、研究方向()? 图象图形研究所 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目

三、联系方式? 电路与系统教研室 一、情况介绍和研究方向? 二、年在研的科研项目? 三、研究方向()

电子工程系学科设置 专业设置 本科生专业: ?电子信息科学类 研究生专业: 一级学科???二级学科 电子科学与技术???物理电子学 ????电路与系统 ??????微电子学与固体电子学 ??????电磁场与微波技术 信息与通信工程??通信与信息系统 ??????信号与信息处理 ????电子与通信工程(工硕) 通信与信息系统 学科方向:通信与信息系统 研究课题:、信息传输与接入 、数字信号处理与终端技术 、无线通信技术与系统 、通信网络与交换技术 、通信与信息系统的仿真与集成 依托国家重点实验室及相关学术领域: 微波与数字通信国家重点实验室、集成光电子学国家重点实验室 系内:微波与天线、信息光电子与光电子学、电路与系统、信号与信息处理 跨系、所:微电子学研究所、计算机科学与技术系、自动化系、电机工程与应用电子技术系、工程力学系、材料科学与工程系

光电子学与光子学讲义-作业答案(第1、2章)13版.doc

第一章 1.10 Refractive index (a) Consider light of free-space wavelength 1300 nm traveling in pure silica medium. Calculate the phase velocity and group velocity of light in this medium. Is the group velocity ever greater than the phase velocity? (b) What is the Brewster angle(the polarization angle qp) and the critical angle(qc) for total internal reflection when the light wave traveling in this silica medium is incident on a silica/air interface. What happens at the polarization angle? (c) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when the light beam traveling in the silica medium is incident on a silica/air interface? (d) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/silica interface? How do these compare with part (c) and what is your conclusion? 1.18 Reflection at glass-glass and air-glass interface A ray of light that is traveling in a glass medium of refractive index n1=1.460 becomes incident on a less dense glassmedium of refractive index n2=1.430. Suppose that the free space wavelength of the light ray is 850 nm. (a) What should the minimum incidence angle for TIR be? (b) What is the phase change in the reflected wave when the angle of incidence qi =85 ° and when qi =90° ? (c) What is the penetration depth of the evanescent wave into medium 2 when qi =85 ° and when qi =90° ? (d) What is the reflection coefficient and reflection at normal incidence (qi =0 ° )when the light beam traveling in the glass medium (n=1.460) is incident on a glass-air interface? (e) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/-glass interface (n=1.460)? How do these compare with part (d) and what is your conclusion? 1.20 TIR and polarization at water-air interface

解析光子芯片的优势与应用

解析光子芯片的优势与应用 光子算数工程师在超净实验室测试光子人工智能芯片。 光子人工智能芯片。光子芯片的计算速度为电子芯片的1000倍,但功耗仅为其百分之一。算力是传统电子人工智能芯片的1000倍,但功耗只有其百分之一,低延迟还抗电磁干扰,由清华、北大、北交大等高校博士生创业研发的光子人工智能芯片,在技术上实现不少突破,未来可广泛应用于手机、自动驾驶、智能机器人、无人机等领域。近日,该光子人工智能芯片项目落户顺义,将这项新技术推向了台前。 “芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成,摆脱了对国外高制程光刻机的依赖,是我国在芯片领域换道超车的核心技术。”研究团队负责人白冰说。 具高速率、低功耗优势 落地顺义的光子人工智能芯片出自一个由清华、北大、北交大等多所高校的在校博士生组成的创业团队,该团队是全国第一个,也是全球第二个光子人工智能芯片研究团队。 团队负责人、光子芯片的研发者之一——白冰,目前正在北京交通大学通信与信息系统专业攻读博士学位。作为国内第一个研究光子计算的团队,白冰介绍,光子芯片具有低延迟、抗电磁干扰等优势,计算能力是传统芯片的三个数量级,功耗却只有传统芯片的百分之一。全流程可在国内完成 对于光子人工智能芯片发展的意义,白冰说,国内电子芯片设计领域能力很强,但在核心加工环节有一个很强的技术壁垒,需依赖国外的高制程光刻机,在成本等多个方面都会受限。光子人工智能芯片的生产过程自主可控,全流程可在国内完成,采用国内130nm微电子工艺加工完成,摆脱了对于国外高制程光刻机的依赖,无需在工艺制程上进行追赶。“芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成,摆脱了对国外高制程光刻机的依赖,所以说是我国在芯片领域换道超车的核心技术。”白冰说。 白冰表示,未来芯片主要还是针对人工智能领域的应用与发展。目前光子人工智能芯片的产品部署主要集中于设备端,预计于2022年将光子芯片运用到云端。

硅基光子晶体的研究

硅基光子晶体的研究 从真空管到超大规模集成电路,人类跨出了巨大的一步、半个世纪以来,电子器件的迅猛发展使其广泛应用于生活和工作的各个领域,它尤其促进了通讯和计算机产业的发展。然而,进一步小型化以及在减小能耗下提高运作速度,几乎是一种挑战、由于电子器件是基于电子在物质中的运动,在纳米区域内,量子和热的波动使它的运作变得不可靠了,人们感到了电子产业的发展极限。由于光子是以光速运动的粒子,以光子为载体的光子器件有比电子器件高得多的运行速度,光子在电介质传播每秒可以携带更多的信息,其传输带宽要远大于金属导线,并且光子受到的相互作用远小于电子,因而光子器件的能量损耗小、效率高,人们转而把目光投向了光子,提出了用光子作为信息裁体代替电子的设想。类似于电子产业中的半导体材料,光子产业中也存在着一种基础材料——光子晶体(Photonic Crystals )。 光子晶体(Photonic Crystals )是由具有不同介电常数(折射率)的材料按照某种空间有序排列的的其周期可与光波长相比的人工微结构。介电函数的周期性变化能够调制材料中光子的状态模式,使光子带隙出现,当光的频率位于光子带隙范围内,它将不能在光子晶体中的任何方向传播。因此,光子晶体也常称为光子带隙材料(Phtonic Band Gap Materials )。光子晶体将成为光电集成、光子集成、光通讯的关键性基础材料,所以光子晶体又成为“光学半导体”。它广阔的应用前景使光子晶体成为当今世界范围的 一个研究热点,得到了迅速的发展。 硅材料是现代集成电路工业的基础性材 料,是人类制备工艺最成熟、研究最深入、 了解最清楚的材料之一。硅的折射率 较高 (在波长为1.1μm 时n=3.53),满足完全 光子带隙的光子晶体的要求,且硅对通信领 域所采用的两个波长1.3μm 和1.55μm 来说 是透明的,所以硅材料是制备光子晶体的良 好材料。近几年硅基光电集成取得了一些突 破,研究硅基光子晶体,将大大促进硅基光电集成,全光集成技术的发展。 本研究方向着重研究硅基光子晶体和二氧化硅蛋白石光子晶体的制备和性质,研究 采用自组装方法获得的蛋白石胶体晶体为模板,制备硅的反蛋白石结构,理论计算表明三维周期结构只具有赝光子带隙,这种由数百纳米的单分散二氧化硅小球自组装面心密排堆积而成的反蛋白石结构具有完全的光子带隙。 光子晶体的广阔的应用前景使其 成为当今世界范围的一个研究热点

光电子学与光子学讲义-知识要点资料

光电子学与光子学讲义-知识要点

《光电子学》知识要点 第0章 光的本性,波粒二像性, 光子的特性 第一章 1.了解平面波的表示形式及性质,了解球面波、发散波的特点 2.理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传播方向的矢量表示 3.理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义,掌握垂直入射情况下的反射率和透射率的计算公式和布儒斯特角 4.理解全反射情况下导引波和倏逝波的形成和特点,了解古斯-汉森位移。5.掌握垂直入射时反射系数的公式,理解反射率和透射率定义,不会计算6.掌握布儒斯特角的定义和特点。 7.掌握光波相干条件。理解薄膜干涉的物理机制和增透膜、增反膜的形成条件。 8.FP腔的特点和模式谱宽同反射镜反射率之间的关系。 9.了解衍射现象产生条件,理解波动光学处理光的衍射的基本方法。了解单缝、矩形空、圆孔的衍射图案特征和弗朗和费多缝光栅、衍射光栅、闪耀光栅的特点。 10.理解光学系统的分辨本领的决定因素。什么是瑞利判据?理想光学系统所能分辨的角距离公式。 第二章

1.了解光波导的结构特征和分类,理解平面波导导模形成条件,会利用一种方法推导平面介质波导的导波条件(特征方程),截止状态的特点 2.理解光纤色散的概念,掌握材料色散、波导色散、颜色色散、剖面色散、偏振模色散的特点及形成原因 3.了解阶跃折射率光纤的分析方法及相关参数的物理意义,会利用V参数计算光纤的结构参数 4.掌握光纤中的损耗的成因及分类,掌握损耗的描述和计算。 5.了解G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、色散补偿光纤的特点,熟悉G.652的主要参数。 第三章 1.了解pn结的空间电荷区的形成、掌握pn结动态热平衡的物理意义。 2.了解pn结外加正向偏压和外加反向偏压时的特性(空间电荷区、势垒以及载流子的变化规律)。 3.掌握LED的工作原理(即pn结注入发光的基本原理)并理解同质结LED 和异质结LED的区别 4.掌握LED的内量子效率与外量子效率的物理意义,和有源区半导体材料带隙宽度与发射波长的关系,以及温度等因素对发射波长的影响 5.理解LED特性参数(光谱宽度,发散角,输出光功率,调制速度,阈值)的物理意义,了解LED结构的特点。 6.理解双异质结实现高亮度LED的原因。 第四章

硅光子技术的全面普及

硅光子技术全面普及(上)芯片间实现光传输 2013/04/26 00:00 关于在硅晶圆上实现光传输的“硅光子”技术,其实用化和研发的推 进速度都超过了预期。其中,日本的进展尤其显著。日本在高密度 集成技术和调制器等的小型化方面世界领先,在CMOS兼容发光技术和光子结晶的开发方面的成果也震撼全球。硅光子技术的应用范 围有望从目前的主要用途——电路板间的数据传输扩大到芯片间和 芯片内的传输。预计这方面的应用将在2020年前后实现实用化。 “硅光子”已经进入全面普及阶段。利用该技术,各种光传输元件的 大部分都可以通过CMOS技术集成到硅芯片上注1)。 注1)目前只有光源还需利用化合物半导体激光元件。 硅光子技术目前的主要用途是嵌在有源光缆(Active Optical Cable,AOC)*中的光收发器IC(图1)。AOC在超级计算机、数据中心以及通信运营商的传输装置领域的应用迅速扩大,是用于板卡和设备

高速连接的光缆。 图1:光传输的应用范围将从板卡间扩大到芯片间, 再到芯片内 本图为最近和不久的将来的光传输导入领域。名为 AOC(有源光缆)的服务器板卡间通信技术大部分都 是利用硅光子技术的光传输。预计今后芯片间传输、 CPU内核间以及CPU内核内的全局布线等也将利用 光传输。(摄影:(a)为美高森美公司(原卓联半 导体),(b)为Luxtera公司,(c)为阿尔特拉) *AOC(Active Optical Cable)=带光收发器模块的光缆。由于耐久

性和可靠性高,在2008年前后,这种光缆在高性能计算机市场上的需求开始扩大。调查公司Global Information发布的数据显示,2011年AOC的全球销量为30.5万根,销售额为7000万美元。该 公司预测,2016年的销量将达到78.6万根,销售额将扩大到1.75 亿美元。 硅光子之所以能在AOC用光收发器领域取得这样的成绩,是因为可 以通过量产大幅降低成本,这与采用CMOS技术的半导体产品一样。而以前的AOC采用的是基于化合物半导体的分立元件,价格较高。 以风险公司为中心的市场将发生变化 开拓该用途的是美国加州理工学院成立的风险企业Luxtera,以及同为风险企业的Kotura公司。2008年前后开始量产的Luxtera于2012年2月宣布,“已售出100万个单位通道传输容量为10Gbit/秒的光IC”。Kotura也于2013年2月宣布,“光IC的销量较上年翻了 一番、相当于6万通道/月”。从这些出货量数据来看,这两家公司 的产品占了AOC市场的相当大一部分注2)。 注2) Luxtera与飞思卡尔半导体和意法半导体开展合作,Kotura

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