2009硅基微纳光电子系统中光源的研究
微纳材料在光电器件中的应用研究
微纳材料在光电器件中的应用研究随着科技的不断发展和进步，微纳技术越来越成为人们关注的热点。
微纳技术是研究微米和纳米尺度下物质及其相互作用的学科，通过对微纳材料的制备、表征以及其在不同领域中的应用开展研究，有助于提高物质的性能和功能，同时也有着广阔的应用前景。
其中，在光电器件领域中的应用研究是一大热点。
本文将简述微纳材料在光电器件中的应用研究现状及未来发展趋势。
一、微纳材料在光电器件中的应用微纳材料因其尺寸小、表面大、能带宽、催化作用以及量子效应等特殊性质而备受瞩目。
在光电器件领域中，微纳材料的应用已经得到了广泛的探讨和研究。
例如，研究人员通过改变微纳金属材料的形貌、尺寸、分布等因素，制备出各种金属纳米结构，在光电器件中具有重要的应用价值。
下面，将以太阳能电池和光电催化器为例，说明微纳材料在光电器件中的应用。
1.太阳能电池太阳能电池是采用太阳能光线的能量转化为直流电能的一种器件。
在太阳能电池中，使用微纳材料来替代传统的硅等材料，有助于提高太阳能电池的效率和稳定性。
例如，使用纳米孔阵列作为太阳能电池的电极，可以大大提升太阳能电池的光吸收率和电子传输率。
此外，对纳米材料进行表面修饰，如钝化处理、表面修饰、合金化等，可以使太阳能电池的稳定性大幅提高，降低能量转换过程中的损耗。
2.光电催化器光电催化器是一种利用光能激发催化剂表面电子的器件。
通过光电催化器可实现人造光合作用，将光能转化为可用的化学能。
各种微纳光催化剂的制备利用了各种不同的纳米材料和纳米结构，如金属纳米结构、量子点、纳米线、纳米板等。
著名的纳米光催化剂有TiO2，其通过使用纳米技术实现其催化能力的升级。
纳米TiO2表面具有较高的催化活性和表面积，可以促进奇异反应的运行。
在制备纳米光催化剂的过程中还可以对其进行表面修饰，例如加载其他催化剂、合成复合材料等。
此外，基于石墨烯等二维纳米材料的光电催化体系也引起了人们的极大兴趣。
二、发展趋势随着新技术的不断涌现，微纳材料在光电器件中的应用也日渐丰富。
硅基光电材料的研究与开发
硅基光电材料的研究与开发近年来，随着信息技术的飞速发展，人们对光电材料的需求不断增加。
其中，硅基光电材料作为一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。
本文将探讨硅基光电材料的研究与开发，并对其未来发展进行展望。
1. 硅基光电材料的特点与应用硅基光电材料是一类以硅为基底的材料，具有许多独特的特点。
首先，硅基光电材料具有良好的光电特性，能够将光信号转化为电信号，实现能量的转换与传输。
其次，硅基光电材料的制备工艺成熟，生产成本低廉，适应了大规模生产的需求。
此外，硅基材料还具有可塑性好、稳定性高等优点，能够适应不同场合的需求。
硅基光电材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子工业中，硅基光电材料可用于制备光电器件，如太阳能电池、光电传感器等。
在医学领域，硅基光电材料可用于制备生物传感器，实现对生物分子的便捷检测。
在光通信领域，硅基光电材料可用于光纤通信与光波导的制备，提高传输效率与稳定性。
2. 硅基光电材料的研究进展近年来，随着科学技术的不断进步，对硅基光电材料的研究也越发深入。
研究人员通过对硅基材料的改性与掺杂，提高了其光电性能。
例如，研究人员通过对硅基材料进行微纳加工，制备了纳米结构材料，进一步提高了其光电转化效率。
此外，研究人员还研发了一系列基于硅基材料的新型光电器件。
例如，利用硅基材料的光致发光效应，研究人员成功制备了硅基发光二极管，实现了基于硅材料的光发光器件的突破。
同时，硅基光电材料的研究还推动了光通信技术的发展，使其在高速传输与大容量数据存储方面取得了重要突破。
3. 硅基光电材料的未来发展在未来，硅基光电材料有望在多个领域得到广泛应用。
首先，在太阳能领域，硅基光电材料的高效转换性能将有助于提高太阳能电池的能量转换效率，推动可再生能源的发展。
其次，在信息通信领域，硅基光电材料的突破性进展将推动光通信技术的飞速发展，提高数据传输的速率与稳定性。
此外，硅基光电材料在医学诊断与治疗领域也具有广阔的前景。
随着人们对生命科学的深入研究，硅基生物传感器的需求不断增加，其在生物分子检测、疾病诊断与治疗等方面的应用将逐步扩大。
基于微纳技术的光电器件应用研究
基于微纳技术的光电器件应用研究随着科技的不断发展，微纳技术作为一种新兴的技术，已经引起了越来越多人的关注。
与此同时，光电器件也成为微纳技术的一个重要应用领域。
基于微纳技术的光电器件具有体积小、重量轻、功耗低、响应速度快、集成度高等优点，在医疗、通讯、能源等领域得到广泛应用。
一、微纳技术微纳技术是一种高科技制造技术，是通过微米和纳米级别的加工工艺将晶片等材料制造成微小器件。
微纳技术主要包括微机电系统（MEMS）、纳米制造、微加工、生物芯片等。
微纳技术作为一种新兴技术，具有广阔的应用前景，在微电子、信息技术、生物医学工程、能源等领域都有广泛的应用。
二、光电器件光电器件是一种将光能转化为电能或电能转化为光能的器件，具有光探测、光发射、光调制、光放大等功能。
现在的光电器件涉及到很多技术，如半导体器件技术、光子学技术、集成电路技术等。
光电器件在医疗、通讯、能源等领域都有广泛的应用。
三、微纳技术在光电器件中的应用在光电器件中，微纳技术的应用主要有两个方面：一是利用微纳技术的加工工艺制造光电器件；二是将微纳技术应用于光电器件的功能集成和开发中。
1.微纳加工技术制备光电器件微纳加工技术是微纳技术中的一种重要技术，它是通过微米级的加工工艺制备微小器件。
利用微纳加工技术可以制备出更小、更快、更便宜的光电器件。
微纳加工技术可分为三个层次：第一层是微米级别的加工工艺，如电子束光刻、光刻、等离子体刻蚀等；第二层是纳米级别的加工工艺，如原子层沉积、离子束刻蚀等；第三层是分子级别的加工工艺，如分子束外延等。
2.将微纳技术应用于光电器件的功能集成和开发中开发一种前沿的光电器件不仅需要深厚的物理学知识，还需要对微纳加工、集成电路、光学设计等多方面的技术掌握。
微纳技术可以将光学组件、探测器、放大器等集成到一个小型芯片上，实现了传统方法无法达到的高度集成，使光电器件的体积更小、重量更轻、功耗更低、响应速度更快、成本更低、可靠性更高，是光电器件发展的重要方向之一。
微纳光电子学的研究与应用
微纳光电子学的研究与应用微纳光电子学是一门集微电子学、光学和材料科学为一体的领域，其研究内容主要集中在微米甚至纳米级别的光电器件和系统的设计、制造和应用方面。
近年来，随着信息技术和通信技术的不断发展，微纳光电子学在各个领域的应用也日益广泛。
一、微纳光电子学的理论基础微纳光电子学的理论基础主要包括半导体物理学、光学和电磁学、量子力学等方面。
半导体物理学是微纳光电子学的重要理论基础之一，光电器件的性能直接关系到半导体器件中载流子的能量分布、亚带结构、载流子的寿命等因素。
而光学和电磁学对于微纳光电子学中光电子器件和系统的设计和模拟具有重要的意义，例如光波导的耦合、谐振，微型集成光器件的设计。
量子力学的发展也在一定程度上推动了微纳光电子学的发展。
当尺寸缩小到纳米级别时，量子效应开始显现，这时的物质遵循的规律和经典物理学大不相同，而量子力学就是研究这种微观粒子行为的学科之一。
微纳光电子学中的许多器件都采用了量子限制的原理来设计制造。
二、微纳光电子学中的关键技术微纳光电子学是一门综合性学科，涉及许多专业领域的重要技术，包括纳米加工技术、半导体材料制备、微纳加工技术、光学设计和系统集成等方面。
纳米加工技术是微纳光电子学中不可或缺的技术之一。
它是指用先进的微纳工艺手段对微米级别以下的结构进行精密加工和制造。
纳米加工技术包括光刻、电子束曝光、离子束刻蚀、化学蚀刻、原子层沉积等多种加工手段。
这些技术通常需要在高真空环境下进行，需要高精密的设备以及经验丰富的工程师来保证制造精度。
半导体材料制备也是微纳光电子学中的重要技术之一。
半导体材料通常指能够在一定程度上导电或隔离的材料。
目前常用的半导体材料包括硅、锗、氮化物、磷化物等。
半导体材料的制备需要先进的化学和物理手段，如化学气相沉积、液相外延、分子束外延等方法。
微纳加工技术是微纳光电子学中的另一个核心技术。
微纳加工技术是指将微米级别的结构制造到纳米级别，可以实现微纳器件的高精度加工。
微纳光电子系统_第二章微纳光电器件简介
16
2010-9-5
32×32微测辐射热计SEM照片
×200 倍
×500倍
测试系统原理图
17
2010-9-5
像元编号
像元黑体响应电压 (µ V)
像元响应率 (V/W) 1.52×104 1.23×104 1.11×104 1.46×104 1.42×104 1.35×104 0.99×104 1.44×104 1.56×104 1.28×104
读出电路 X 向电极
11
2010-9-5
微桥结构设计
• 热学设计 低热导和合适的热响应时间 • 光学设计 提高填充系数和红外吸收率 • 力学设计 确保结构的机械力学稳定性
1. 00 0. 90
吸 0. 70 收 0. 60 率 0. 50 （ 0. 40 ％） 0. 30
0. 20 0. 10 0. 00 1. 0 3. 0 5. 0 7. 0 9. 0 11. 0 13. 0 15. 0
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 2π 1.67μm 1.96
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 1.7 π 1.42μm 2.35
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 0.95π 0.798μm 2.35
石英 1.47
400μm 0.5μm 1 8 2π 1.06μm 4.5
性能测试
衍射效率
微测辐射热计物理模型
微测辐射热计热学模型
热绝缘微桥结构
V dV I 0 dR dT I 0 R ＝ dQ dT dQ Geff
微桥结构 50 μm Y 向电极 红外 辐射 0.5μm
Gleg kleg
Aleg l
探测器响应率与探测 器和衬底间的热导G 呈反比，利用微桥结 构降低二者间的热导
硅基光子学的原理与光学器件研究
硅基光子学的原理与光学器件研究光子学作为一门研究光的行为和性质的学科，一直以来都备受关注。
而在光子学的发展过程中，硅基光子学成为了一个热门的研究领域。
本文将介绍硅基光子学的原理和光学器件研究，探讨其未来的发展前景。
硅基光子学的理论基础源于硅的特殊物理性质。
硅是一种广泛应用于集成电路制造的材料，它具有高折射率、高导热性和低色散等优势。
这些特性使得硅材料非常适合用于光学器件的制造，尤其是在通信领域。
在硅基光子学中，硅波导是一种常见且重要的元件。
硅波导可以通过制造一定形状和深度的结构来控制光的传播。
通过光波在波导内部的传播，可以实现光的引导和耦合，从而实现光的传输和调控。
硅波导的制造通常使用微电子加工工艺，与集成电路的制造方式类似。
硅波导还可以实现光的调制。
通过将电信号转化为光信号，然后通过控制光的强度来实现信号的调制。
这种调制方式被广泛应用于光通信系统中，能够实现高速、大容量的数据传输。
硅基光子学在光通信领域有着巨大的应用潜力。
除了硅波导，硅基光子学还涉及到其他一些重要的器件，如光调制器、光开关和光放大器等。
光调制器可以通过控制光的相位和强度来实现光信号的调制。
光开关可以在不同的路径之间切换光的传输，实现光信号的路由和分配。
光放大器可以将光信号放大，增强光的信号强度。
硅基光子学的研究还涉及到一些新兴的领域，如量子光学和光子计算等。
量子光学研究光与物质之间的相互作用，利用光的量子特性来实现量子计算和通信。
硅基光子学可以提供一个制备和控制光量子态的平台，为量子信息处理提供了新的可能。
光子计算是一种新颖的计算方式，利用光的优势来实现快速、高效的计算。
硅基光子学可以提供光子计算中所需的光源、耦合器和光学器件等基础设施。
光子计算的潜力巨大，有望成为未来计算的重要技术之一。
虽然硅基光子学有着广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
例如，硅材料的光学非线性较弱，这在一定程度上限制了硅基器件的性能。
此外，硅基光子学的制造成本较高，这也限制了它在某些领域的应用。
硅光子学器件的设计及性能研究
硅光子学器件的设计及性能研究随着信息时代的到来，通讯技术已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
随着物联网和5G技术的发展，对通讯设备的要求也变得越来越高。
在这样的背景下，硅光子学器件应运而生。
硅光子学器件是指以硅基材料为基础，利用光子晶体学和微纳技术等多学科交叉技术制造出的微小光学器件，可以实现高速，高频率，高效率的光信号处理和传输，开启了新一代高速通讯技术的大门。
在硅光子学器件的设计和制造过程中，主要有两个重要的环节：一是硅光子晶体的设计与制造，二是硅光子学器件的性能研究与优化。
硅光子晶体的设计与制造硅光子晶体是硅光子学器件的核心组成部分。
硅光子晶体与普通的晶体材料相比，具有光子禁带结构，可以在宽带的光谱范围内实现光的传输和处理。
同时，在硅光子晶体中可以通过微米级别的结构设计来实现对光信号的调控，包括光波长的选择，光强的调整，信号延迟等等。
硅光子晶体的设计与制造需要使用一系列高精度的设备和技术。
比如，电子束光刻机、原子层沉积设备、离子注入装置等等。
通过这些设备的精密操作与控制，可以制造出各种复杂的硅光子晶体结构，并实现对其性能的精细调控。
在硅光子晶体的设计过程中，需要考虑很多因素，比如，晶格结构、缺陷位置与性质、材料组成与性质等等。
不同的硅光子结构对于不同的应用场景有着不同的要求。
例如，在光路延迟的应用中，需要设计出对于不同波长的光的延迟时间相同的硅光子晶体结构，而在高速光通讯应用中，需要设计出高效率、小尺寸、低损耗的硅光子晶体结构。
硅光子学器件的性能研究与优化硅光子学器件的性能研究与优化是硅光子学技术实际应用的关键。
硅光子学器件的性能指标包括：传输功率、光损耗、光学带宽、偏振特性、调制速度、稳定性等等。
通过对这些性能指标的研究和优化，可以提高硅光子学器件的应用效率和可靠性。
硅光子学器件的性能研究需要使用各种现代化的实验技术，如：自相干调制实验、非线性光学实验、红外光谱实验等等。
同时，为了更好地解析硅光子学器件的性能数据，需要借助理论模型进行分析和验证。
硅基光电器件的研究进展与应用
硅基光电器件的研究进展与应用硅基光电器件是一类具有广泛应用前景的器件，其研究和应用在近年来取得了较为显著的进展。
本文将从硅基光电器件的基本结构、研究进展和应用三个方面来进行论述。
一、硅基光电器件的基本结构硅基光电器件是利用硅材料制作的光电器件，其基本结构包括光电二极管、光感测器、光调制器等。
其中，光电二极管是最早应用最广泛的硅基光电器件。
它主要有PN结和PIN结两种结构，PN结的光电转换效率较低，PIN结由于在i区引入掺杂剂，能够增加载流子密度，提高光电转换效率。
光电二极管常用于光信号的接收、激光测距、通讯等方面。
光感测器是一种基于硅材料制备的红外探测器，其通过吸收红外辐射产生的光生电子为载流子，进而实现探测功能。
它具有灵敏度高、响应速度快等优点，在红外光学、安防监控等领域有着广泛的应用。
光调制器是硅基光电器件中的一种重要器件。
它可以通过电场或光场控制光的传输和调制，实现调制信号的传输和处理。
光调制器与光纤互相作用，广泛应用于光通讯领域。
二、硅基光电器件的研究进展随着材料合成、加工技术和相关理论的不断发展，硅基光电器件的研究也得到了快速的进展。
近年来，主要有以下几方面的研究成果：1. 硅基光电器件的新材料研究。
硅基光电器件的性能受到材料特性的限制，新材料的引入是改善其性能的关键。
近年来，研究者们使用过渡金属硅凝胶 (TMOS)和二甲基硅烷 (DMS) 等材料制备了一系列的二氧化硅、硅基氧化铝和氮掺杂二氧化硅薄膜。
这些新材料在提高硅基光电器件性能方面取得了巨大的进展。
2. 光调制器的高速化。
在现今高速通讯的大环境下，为了适应高速、大容量的信息传输需求，光调制器的速度已成为研究的热点问题。
目前，研究者们主要通过提升光调制器的带宽来解决这个问题，研制出了高速、高灵敏度的硅基光调制器。
3. 硅基光电器件的微纳加工。
现今，微纳加工技术的不断进步，对硅基光电器件研究的影响越来越明显。
在微纳加工技术的基础上，研究者们成功地制备了纳米结构、纳米传感器等硅基光电器件，并在生物医学等领域展开了广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国光学期刊网1引言硅材料在20世纪通过半导体集成电路垄断了数字电子工业，并改变了人们的生活方式以后，现在又成为光学及光电子学青睐的材料。
成熟的大规模、低成本硅基半导体集成电路生产工艺是人们期望用硅材料来制备微纳光电子器件及系统的最主要原因之一。
其目的就是要大幅度地降低目前基于III-V 族材料的微纳光电子器件及系统的成本。
众所周知，硅在1.3~1.5m m 通信波段是非常好的低损耗传输介质。
人们已经利用这种特性，开发出了微纳尺寸的光波导、分束器、耦合器、调制器以及探测器等光通信用基础元器件[1,2]。
锗硅探测器已达到40Gb/s 的指标[3]。
如能实现硅基微纳放大器和激光器，与微电子集成类似的微光电子集成就不难实现了。
然而，硅是一种间隙材料，单纯的体硅发光效率是非常低的。
这也是目前硅基光电子学领域研究人员正在集中攻关的重点之一。
为了能够将光源引入到单片硅基光电子系统中去，人们采用了耦合、贴片及混合集成等方式[4,5]，但大部分的努力仍然是希望通过单片集成的方式将光源硅基微纳光电子系统中光源的研究现状及发展趋势周治平王兴军冯俊波王冰（北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京100871）Zhou Zhiping Wang Xingjun Feng Junbo Wang Bing（State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems Networks,Peking University,Beijing 100871,China ）摘要综合了微电子学及微纳光学的优势，硅基微纳光电子学正在快速走向实用阶段。
与微电子制造技术兼容的微纳光子器件，包括调制器、探测器、分束器以及耦合器等均取得了重要的突破。
但硅基微纳光源的研究则仍处在探索阶段。
外部光源在多大程度上能代替片上光源？片上光源的最佳选择是什么？介绍、分析了目前硅基微纳光源的研究现状及进展，并对片上光源的研究趋势进行展望。
关键词微纳光电子学；集成光学；硅基光源Abstract Si based micro -nano optoelectronics is rapidly moving toward commercial applications.Nano -photonic devices compatible with the microelectronics manufacturing technology,including modulators,detectors,splitter and coupler,etc.have made an important breakthrough.However,research on Silight source is still in the exploratory stage.Is the external light source enough for chip sizeoptoelectronic systems?What will be the better choice as the on-chip light source?This article willintroduce the current research progress and development of Si based micro-nano light source,andprospect further outlook on-chip light source development trends.Key words micro-nano optoelectronic;integrated optics;Si based light source中图分类号TN253doi ：10.3788/LOP20094610.0028Research Progress and Development Trends of Light Source for Silicon Based Micro-Nano Optoelectronic Systems激光与光电子学进展2009.10集成到硅基微纳光电子系统中去[6,7]。
这就必须要对硅材料本身的能带结构及辐射/吸收机理进行细致的研究。
本文将对以上努力进行介绍分析，特别是针对硅及以硅为基础的复合材料所作的努力进行阐述，希望能够理清当前的研究重点及方向，探明硅基微纳光电子系统中光源的研究现状及未来的发展趋势。
2外部光源及混合集成的片上光源由于硅的载流子直接跃迁复合的发光效率很低，因此用常规手段在硅上作出高效率的发光器件比较困难。
虽然目前已经有一些单片集成硅基光源的成果报道[6,7]，但是在短期内真正实现高效的单片集成硅基激光仍具有挑战性。
目前使用的方式有外部光源和混合集成的片上光源两种。
其中，外部光源又分为芯片外部光源和倒装焊外部光源两种，如图1所示。
2.1外部光源及其耦合问题外部光源的方案回避了直接在硅材料上制备光源的难题，利用比较成熟的外部光源作为系统的输入。
但这种方案使得系统无法大规模集成，而且必须解决外部光源到集成光波导器件的耦合问题。
利用芯片外部光源，一般来说，激光从光纤中输出，然后耦合进硅波导中。
因此芯片外部光源要解决光纤和硅基纳米波导的耦合问题。
由于硅基波导，尤其是绝缘体上硅（SOI ）波导，尺寸很小。
为保证波导的单模传输条件，其厚度一般要小于280nm ，宽度也要小于500nm 。
而单模光纤的纤芯直径约为9m m ，这使得从光纤到硅基纳米波导的耦合非常困难，其耦合损失主要来源于光纤与硅基纳米波导的模场失配，包括模场大小失配和模场分布失配，以及耦合面的反射和散射等。
同时，耦合的未对准容差也是一个必须考虑的因素，太小的未对准容差会给耦合器的封装带来巨大的成本和困难。
而且，一般来说，硅基波导器件都是偏振相关的，正确的输入偏振态对器件的工作非常关键。
因此，耦合方案的偏振性也是耦合器设计的一个重要方面。
另外，系统希望获得大的带宽来满足大信息量的需要，要求耦合器具有一定的带宽。
一个好的耦合方案应具有如下的特点：1）耦合效率高；2）带宽大，包括频谱带宽和角度带宽；3）未对准容差大；4）封装成本低；5）加工制备容易，最好与CMOS 工艺兼容。
按照光纤与波导的耦合方式可以大致将其分为两类：端面耦合（如图2（a ））和平面耦合（如图2（b ））。
端面耦合是光纤通过波导端面直接将光耦合进波导的方法，通常的方法有多层锥形结构、三维锥形结构和倒锥形结构等。
但这些结构的制备非常困难，而且制作容差小，还需要侧面抛光，耦合封装困难。
光栅耦合器作为一种面耦合器成为这方面研究的热点。
它可以在系统的任何地方实现信号的上载下载，大大增强了系统的灵活性。
比利时Gent 大学的R.Baets 小组[4,8]致力于这方面的研究，设计出了基于SOI 的紧凑型光栅耦合器，并提出了一系列的优化方案，如：衬底反射层法、侧面增加发射光栅、光纤模场匹配光纤等，大大改善了普通光栅耦合器在耦合效率和带宽方面的图2光纤与纳米波导的耦合方式。
(a)端面耦合；(b)平面耦合（光栅耦合）图1外部光源及混合集成的片上光源示意图 中国光学期刊网性能。
但由于普通对称光栅耦合效率的局限性，必须采用倾斜入射的方法。
垂直耦合在集成光路的应用方面具有更大的吸引力，它能大大加强系统的灵活性和降低对准封装难度。
B.Wang 等[9,10]提出了一种倾斜的光栅结构，可以用于垂直耦合。
但是这种倾斜光栅制备困难，与传统CMOS 工艺不兼容，无法进行大规模批量生产。
另外我们研究小组设计了一种二元闪耀光栅耦合器[11,12]，能够实现高效率的完全垂直耦合，而且只需一步刻蚀即可完成，并与CMOS 工艺兼容。
利用这种光栅的特殊偏振性质，还可以将其用作偏振分束耦合器，在耦合的同时依据入射光的偏振态将两种偏振态的光分别耦合到不同的波导中，具有很高的耦合效率和偏振消光比。
对于倒装焊外部光源，其对准条件更为严格和苛刻。
通常有两种对准方案，“有源对准”和“无源对准”。
在有源对准的过程中，激光器接上电源并处于工作状态，通过反馈来寻找最佳对准位置。
这种方法对准精度高，但是整个过程需要电连接，使得对准过程复杂和困难。
无源对准过程无需电连接，利用精确的对准方法来实现光源与波导的对准。
图3为倒装焊外部光源及其对准方法。
2.2混合集成的片上光源硅基（或SOI ）波导器件的最大优势之一是其紧凑的结构和CMOS 兼容的工艺，然而一直缺乏一种紧凑的高效的片上光源。
一种变通的方法是混合集成的片上光源，利用键合等非CMOS 兼容工艺将III-V 族材料的器件与硅基光电子器件混合集成在同一个衬底上。
图4所示为J.Van Campenhout 等[13]设计并制备出的混合集成的激光器。
利用键合的方法将增益介质Ⅲ-V 族材料（InP ）制备在硅基衬底上，器件结构的制备以及与下层硅波导的对准依靠普通光刻来实现，具有较高的对准精度。
利用电注入在InP 微盘内产生激光，然后利用倏逝波耦合进下层的硅波导中。
图4（a ）所示为器件结构示意图，图4（b ）为制备出的这种混合集成激光器的照片。
实验测得这种混合集成的电注入连续波激光器的阈值电流约为0.5mA ，阈值电压为1.5~1.7V ，发光效率为30μW/mA ，单向波导输出激光功率为10μW。
图5(a)混合集成的倏逝波硅基激光器结构示意图；(b)激光器截面SEM照片图3倒装焊外部光源以及光源与硅波导的对准图4利用InP 微盘与SOI 芯片键合方法的混合集成片上光源。
(a)器件结构示意图;(b)一个样片上同时制备出的多个激光器B.R.Koch小组[14]设计了一种利用倏逝波耦合的40GHz硅基混合集成激光器，如图5所示。
该激光器也是利用键合的方法制备的，无需苛刻的对准，可以同时在一个硅衬底上集成多个激光器。
3单片集成的片上光源外部光源和混合集成的片上光源具有较高的发光效率，容易实现连续或者可调激光输出的优点，但其缺点仍然很突出：集成度不高、制备工艺复杂、与CMOS工艺不兼容、系统成本昂贵，而且必须考虑到输出激光到波导的耦合对准问题。
因此，将光源单片集成到硅基微纳光电子系统仍然是当前研究的重中之重。
3.1纯硅光源由于硅发光的内量子效率很低，为10-6，一直以来都被认为不适合制备光源。
但自2000年以来，一系列优秀研究成果正在逐渐出现，如体硅发光二极管（LED）[15~17]、富硅氧化硅[18,19]、硅拉曼激光器[6,7]等。
澳大利亚的M.A.Green等研究小组[15]在《Nature》上报道了他们在体硅发光方面的研究结果，首先把LED的硅表面设计成锯齿状光学图形，使入射角小于全反射角，光的输出效率可以达到100%;另外电极采用重掺杂和控制薄膜的厚度来减少自由载流子的吸收，制备的LED外量子效率大于1%，开启电压小于1 V。