打破光子晶体非线性Fano腔结构对称性实现单向传输

设计了一种基于二维光子晶体波导旁侧Fano微腔的全光二极管结构,实现光的单向传输。其关键技术是在光子晶体波导中采用简单反射层打破Fano微腔结构上的空间对称性,使得反射层两侧波导与微腔耦合效率不对称。两侧波导入射光激发微腔非线性克尔材料所需的光强阈值不同,从而实现单向导通功能。通过有限时域差分(FDTD)方法对其传输特性和性能进行了数值仿真和分析,研究发现:该结构在较低的光强阈值下可以实现正向导通、反向截止的全光二极管效果;该结构具有超快的响应时间,达到皮秒量级;该结构具有较高的最大透射率(达到90%)和较高的正反透射比。基于光子晶体结构的设计使得该器件可以具有很好的工作波长可调特性,并易于在目前半导体工艺基础上进行制作以及与其他器件集成。     

二维硅基平板光子晶体器件

硅材料在红外通讯波段具有低损耗和高折射率的特性,使得其成为集成光学领域中应用最广的材料之一.主要介绍了本课题组在二维硅基平板光子晶体中实现微纳尺度上光调控的研究进展,讨论了利用光子晶体的缺陷态实现各种集成光学器件,包括光子晶体波导、微腔和利用光子晶体波导和微腔形成的滤波器.还介绍了光子晶体中特殊的光折射现象,包括红外波...     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质,不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性,二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用,对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和 关键词： 纳米集成光路 扫描近场光学显微术 光波导 光增强     

集成光学的进展与现状——纪念集成光学诞生二十周年

今年是集成光学诞生二十周年,本文就集成光学领域的进展与现状作一评述。重点介绍LiN_bO₃Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和硅衬底上的器件及其集成,工艺技术以及应用。     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质，不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性，二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用，对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和     

硅基波导慢光器件及其应用

硅基波导慢光器件是构建全光智能互连和实时高速测控等下一代信息技术的关键器件,在光通信和光信息处理等诸多领域具有显著的技术优势和巨大的应用潜力.随着器件结构的不断创新以及微电子制造技术的不断升级换代,硅基波导慢光器件愈来愈走向实用化.文章介绍了慢光的基本原理,概述了当前国内外硅基波导慢光器件的研究进展,着重分析了基于微环谐振腔的硅基波导慢光器件,并指出了它在具体应用领域中的发展前景.     

硅基光子集成研究进展

报道了国际上关于硅基光子集成的最新研究进展和本课题组在该领域的研究成果,包括对一些光收发模块、III-V族/硅基激光器等集成器件的结构改进和工艺的探索,展示了兼容互补金属氧化物半导体工艺的硅基光子集成在信息技术领域中的巨大前景.可以预见,硅基光子集成已成为硅光子学的主要研究内容,硅光子学及硅基光子集成的发展目标是趋向更高速率、更低功耗及更大集成密度.     

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的深能级杂质缺陷

本文综述了近十多年以来对Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中深能级杂质缺陷的研究工作。讨论了深能级杂质缺陷对Ⅲ-Ⅴ族化合物材料与器件的性能的重要影响。介绍了结谱法、光致发光与电子自旋共振等几种研究深中心的方法在研究Ⅲ-Ⅴ族化合物时的某些特点。评述了对砷化镓、磷化镓和磷化铟及某些Ⅲ-Ⅴ族混晶中的一些深中心所取得的研究成果。     

第三代半导体Ⅲ族氮化物的物理与工程——从基础物理到产业发展的典范

以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物属于宽禁带半导体,即通常所谓"第三代"半导体材料。作为Si、Ge以及传统Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体之后的新一代半导体材料,GaN具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场、更稳定的物理化学性质等优异特性,已经成为半导体研究极为重要的领域和国家重大研究方向。尽管Ⅲ族氮化物的晶体质量与传统半导体材料相比仍然有很大差距,但并不妨碍Ⅲ族氮化物及其量子结构在光电器件及电子器件中的广泛应用,围绕GaN及其他相关氮化物半导体的研究和开发,在物理与工程方面都具有极为特殊的意义,是基础物理研究和产业化应用结合的典范。     

基于SOA交叉增益调制效应的全光组合逻辑

基于半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制效应(XGM),提出了几种由基本逻辑与门构成的全光组合逻辑,包括一位比较器、带控制端口的2线-1线优先编码器、2线-4线译码器、2选1选择器,介绍了它们的基本结构、工作原理和真值表.利用扩展端口可进行多个组合逻辑级联,从而实现多端口、多位全光组合逻辑,如两个2线-1线优先编码器级联可实现4线-2线信号编码.结果表明基于SOA的XGM实现全光组合逻辑,原理简单、响应速度快、易于实现,是未来光子集成的一个重要发展内容.     

All-optical logic gates and a half-adder based on lithium niobate photonic crystal micro-cavities

All-optical logic gates including AND, XOR, and NOT gates, as well as a half-adder, are realized based on twodimensional lithium niobate photonic crystal(PhC) circuits with Ph C micro-cavities. The proposed all-optical devices have an extinction ratio as high as 23 dB due to the effective all-optical switch function induced by twomissing-hole micro-cavities. These proposed devices can have potential implementation of complex integrated optical functionalities including all-optical computing in a lithium niobate slab or thin film.     

Erratum to: Multiple magnetic transitions in single crystals of Ce12Fe57.5As41and La12Fe57.5As41

Commercial computers based on electronic logic devices have brought great changes to the world. However, traditional electronic devices are suffering from numerous technical challenges in their attempts to continue to satisfy Moore's law. Alloptical logic devices, as promising successors to their electronic counterparts, have become a major focus of optics research. In this paper, we provide a review of current all-optical logic devices. The logic gates in these devices, which are described in the first part of the review, are divided into five categories based on the different principles used in their realization. Complex optical devices with various functions and reconfigurable devices are summarized in the next section. In the final part of this paper, we discuss some of the previous works on all-optical integrated chips with specific functions. This review will provide a complete technological roadmap for all-optical devices and aims to be helpful in possible future developments in this growing field.     

Silicon photonic crystal all-optical logic gates

All-optical logic gates, including OR, XOR, NOT, XNOR, and NAND gates, are realized theoretically in a two-dimensional silicon photonic crystal using the light beam interference effect. The ingenious photonic crystal waveguide component design, the precisely controlled optical path difference, and the elaborate device configuration ensure the simultaneous realization of five types of logic gate with low-power and a contrast ratio between the logic states of “1” and “0” as high as 20 dB. High power is not necessary for operation of these logic gate devices. This offers a simple and effective approach for the realization of integrated all-optical logic devices.     

Design of ultra compact all-optical XOR and AND logic gates with low power consumption

We propose a novel ultra-compact all-optical XOR and AND logic gates without using nonlinear optics. In order to realize these devices, we adopt photonic crystal waveguides (PCWs) based on multi-mode interference devices. Numerical results show that the operating bandwidth of the ON to OFF logic-level contrast ratio of not less than 6.79 dB is 35 nm for XOR logic gate and 9 nm for AND logic gate. Proposed logic gates have the potential to be key components for an optical packet switching system due to their small feature sizes and low power consumption.     

基于掺锡As2S8条波导的全光逻辑门研究

实验研究了掺锡As2S8条波导的光阻断效应,提出一种新型的基于掺锡As2S8波导的全光逻辑门方案,并试制了掺锡As2S8条波导全光逻辑门,实验结果显示该逻辑门具有良好的波形特性,表明该材料适合做全光逻辑门,具有一定的应用潜力.     

光致异构全光逻辑门理论与实验研究

基于双光抽运探测模型，利用偶氮苯聚合物光致异构和光致双折射效应，建立了全光逻辑门的理论分析模型，提出了一种新颖的全光逻辑门设计方案.该方案基于输入抽运光和信号光的强度或偏振态，设计了“与”门、“或”门、“异或”门和“异或非”门等基本功能的全光逻辑门.以掺杂分散红1(DR1)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜为样品进行实验，得到了比较好的逻辑门运算实验结果，与理论分析相符合.     

Effect of amplified spontaneous emission on semiconductor optical amplifier based all-optical logic

The performances of all-optical logic gates XOR, AND, OR, NOR and NAND based on semiconductor optical amplifier (SOA) have been simulated including the effects of amplified spontaneous emission (ASE). For the parameters used, all-optical logic gates using SOA are capable of operating at speed of 80 Gb/s.     

基于非线性光纤环镜的40Gb/s可重构光逻辑门

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应,透射传输函数重构的自由度低,可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上,分析了NOLM中探测光的偏振态的演化,以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下,可以更加自由地构建不同透射传输函数,从而利用单一NOLM结构,仅通过调节偏振控制器,即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中,完成了两路40Gb/s的数据信号之间的"非"、"与"、"或"、"或非"、"同或"、"异或"等各种基础组合逻辑,验证了方案的可行性。     

激光混沌并联同步及其在全光逻辑门中的应用研究

提出多量子阱激光器混沌“主-从-响应”式结构同步系统,研究其并联同步在光学逻辑门中的应用. 利用一个注入多量子阱激光器混沌系统注入驱动实现了两个响应多量子阱激光系统的混沌并联同步,同时还获得了“主-从”式结构的混沌同步. 基于响应子系统的混沌并联同步思想,提出了全光逻辑门的基本理论模型并定义了计算原则与方法. 利用光的外部调制方法对两个驱动光进行调制与控制,让两个响应子系统实现同步与非同步,使系统获得了并具有全光逻辑门函数功能与特点,并成功地进行了数字逻辑计算. 具体提出了全光XNOR、NOR、NOT等逻辑门及逻辑计算方法,数值模拟结果证明了系统方案的可行性. 关键词： 混沌 同步 逻辑门 多量子激光器     

Design and analysis of an all-optical processor for modular arithmetic

We present a logical design of an all-optical processor that performs modular arithmetic. The overall design is based a set of interconnected modules that use all-optical gates to perform simple logical functions. The all-optical logic gates are based on the semiconductor optical amplifier nonlinear loop. Simulation results are presented and some practical design issues are discussed.