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天津市光电检测技术与系统重点实验室在光子集成方面取得重要进展[2017-6-23]

信息来源:管理员发布日期:2017-06-23浏览次数:104

在国家自然科学基金项目(项目编号:61675154615040936117707831271871)资助下,天津市光电检测技术与系统重点实验室、电子与信息工程学院现代通信网络与系统创新团队李鸿强教授课题组在光纤光栅解调系统硅基光子集成方面取得重要进展,制备出阵列波导光栅解调光路硅基光子混合集成芯片。该研究成果以Chip-scale demonstration of hybrid III-V/silicon photonic integration for an FBG interrogator”为题于2017年6月22日在线发表在国际光学TOP学术期刊Optica上。论文链接:https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-4-7-692

1978年加拿大K. O. Hill等人首次发现掺锗光纤的折射率能够在某些波长的光照射下发生周期性的永久性改变,并制造出世界上第一根光纤光栅。由于具有波长解码、易构成分布式结构、抗电磁干扰强等特点,光纤光栅已经成为各种参量检测的重要传感工具,并在航空航天、土木工程、复合材料和石油化工等领域取得了成功的应用。但是目前光纤光栅传感解调科学研究和工程应用中的光谱分析仪和光纤光栅解调系统仪器设备存在体积较大、成本较高等缺点,严重限制了光纤光栅传感技术推广应用的领域。

硅基光子学的发展为光学系统的小型化提供了可能,李鸿强教授课题组通过“光纤光栅光子学”与“半导体光电子学”之间的交叉融合,首次开展了光纤光栅解调光路硅基光子混合集成的研究。将III-V族垂直腔面发射激光器多模干涉耦合器、光栅耦合器、阵列波导光栅和III-V族光电探测器各功能单元器件进行异构集成,利用光束传播法和时域有限差分法进行各功能单元器件的理论建模和光学特性仿真优化,基于顶层厚度为220nm、掩埋层二氧化硅厚度为2μm的SOI晶圆,完成了输入/输出光栅耦合器阵列、模干涉耦合器、阵列波导光栅SOI光子集成芯片流片,利用苯并环丁烯作为键合介质进行了III-V族片上光源和光电探测器的混合集成。

(a)阵列波导光栅解调光路硅基光子混合集成各功能单元器件

  

(b)基于硅基光子集成芯片搭建光纤光栅解调实验

  

上述研究进展将光纤光栅传感解调应用基础研究领域提升到一个新高度,拓展了当前硅基光子学在远程光通信和数据通信光器件以外的发展研究领域。正如国际同行专家评论该研究成果是:I believe that the work presented by the authors can be very interesting for a wider community in the area of optics and even more importantly it demonstrates a practical use of the photonic integration technology in the application space outside of tele- or data communications

Optica是美国光学学会OSA的旗舰学术期刊,期刊高选择性发表光学及光子学各领域内的最高水平研究成果。