硅基光子学国内外研究现状及发展趋势..doc

专题报告-2007年6月 硅基光电子学研究概况 编者按：本文介绍了硅基光电子技术的研究现状、重点研究方向、技术难点以及国内外主要研究机构的基本情况。希望能为我发展提供一些参考。 Silicon-On-Insulator）光波导结构。2005年2月17日的《Nature》杂志上报道了Intel公司利用喇曼效应研制出了世界上第一台连续光全硅激光器。 （3）硅基光探测器 硅基光探测器是硅基光电子集成中的光信号接收器件，它应具有良好的光响应特性，较高的探测灵敏度，小的暗电流和宽频带等优点。由麻省工学院材料科学与工程系研制的Ge-PIN光探测器，在1310nm、1550nm、1620nm波长的响应率分别为：600mA/W、520 mA/W、100 mA/W。该探测器能够覆盖光通信整个C band和大部分L band范围，具有2.5GHz的3dB带宽，在1310nm和1550nm的性能能够和目前用于通信的商用铟镓砷1. 美国哥伦比亚大学纳米光学实验室（Optical Nanostructures Laboratory） 0.1mm2波导器件的研究。这种超小的截面将有以下好处：（1）小的截面能够提高介质的非线性响应，从而可以使用低功率的激光器；（2）这种器件能够减少光生载流子的寿命，这样，自由载流子的吸收将大大减少；（3）小的截面增加了传播的可能性。在纳米级波导制作方面研究小组将和IBM公司T.J.Watson研究中心的Vlasov和McNab两位博士合作。该小组的研究方向有：喇曼放大器、C波段波长转换器、磁光单向移动隔离器、快速低功耗热光开关、脉冲调制受激喇曼散射理论研究。 2. 加拿大国家研究院（NRC）微结构科学研究所（Institute for Microstructural Sciences National Research Council of Canada） NRC-IMS（加拿大国家研究院微结构科学研究所）在与产业和高校合作上处于领先地位，与未来硬件需求相关新技术（信息处理、传播、存储和显示等）的开发具有明显优势。 NRC-IMS与加拿大产业合作的战略也使他们在全球IT产业中所需新技术方面居于统治地位。NRC-IMS产业合作伙伴通过研究提高技术，通过有选择的投资技术降低产业化的风险。如果能够实现，对该机构的未来将会是很大的转变，同时也是一个很好的机遇。 该研究所光子系统研究小组主要研究混合集成光波导器件，混合物利用各种材料的优点以及很低的成本在芯片上实现全面和最佳的功能。该小组的研究方向有：波长管理系统、硅/聚合物集成器件、无源/有源集成器件、波长积分器、化学和生物化学传感器。 在先前对通信系统波导器件研究的基础上，该小组当前的研究重点是众多功能集成的系统，包括：硅/聚合物混合可变光衰减器（VOA）、阵列波导光栅（AWG）、硅/聚合物混合热光开关（TOS）、掺铒波导放大器（EDWA）、可调多波长激光源、半导体光放大器（SOA）。这些波长管理系统有着各种功能，包括：波长监测、补偿、阻挡、开关、光加入/取消、光放大、判决、光调整、光转换、再整形、再定时。 同时，该小组也研发化学、生物化学传感器，这种传感器可用来监测折射率的变化和用作波导表面材料的荧光效应。 3. 意大利特伦托（Trento）大学物理系纳米科学实验室（Nanoscience Laboratory） 意大利特伦托（Trento）大学物理系纳米科学实验室研究的领域涉及以下三个方面： （1）纳米光子学：纳米范围内的光子能够出现新现象，这些新现象能够带来新的器件。纳米晶体半导体的研究能够获得制造器件新的方法，如放大器和激光器等。利用电子束光刻能够制作成二维和三位的光子晶体。集成硅光电子重点研究光开关、调制器和光闸等。纳米晶体材料和光子晶体的结合能够开发出新的用于生物传感器和生物转换器的器件。 （2）纳米材料特性：具有新功能的材料如离子化合物或半导体重点用于能量、微电子和光电子学。在各种材料中，纳米结构的材料具有依赖结构发展的新特性。多年来，我们一直利用波动光谱学（喇曼和FT-IR）进行纳米结构合成物的实验，主要有纳米结构金属、电介质氧化物或半导体的量子点。最近的研究还涉及到碳纳米管。 （3）纳米生物技术：这个方向的主要目标是研究和试验新的纳米器件，设计要达到原子级，控制它们的三维结构掌握他们的性能。由于这些性能的奇特之处在于它们是自我调节三维结构的生物分子，纳米结构分子生物的添加，如量子点，能够获得新一级的纳米器件如纳米传感器、纳米转换器和纳米光学触发器。这项研究是跨生物化学家、材料学家和电子工程师之间的合作。我们目前正在研究基于硅的光学纳米传感器，这种传感器用于识别病原种类（病毒和DNA）和微小系统。 该实验室著名的半导体光电专家Lorenzo Pavesi教授是国