导读:本文包含了硅基光子学论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:硅基光子学,时空对称,人工神经网络,逆向设计
硅基光子学论文文献综述
刘昂[1]（2019）在《微结构硅基光子学器件性能的研究》一文中研究指出集成电路(IC)由于量子尺寸和功耗问题越来越无法满足现代社会对高速数据处理和信息传输的要求。人们越来越关注到光子作为信息载体时的独特优势,希望可以利用光子延续摩尔定律的发展。在这样的时代背景下,硅基光子学得到了广泛的研究。而对硅基光子系统性能的提升成为了重要的课题。除了利用基于传统理论的设计和优化方法外,将其他领域的理论向光学领域和硅基光子系统进行推广以及结合近些年发展迅速的人工智能和逆向设计等新的技术手段都将为提升硅基光子系统的性能提供新的动力。本论文主要研究了提升硅基光子系统性能的新方法,主要创新点如下。引入了时空对称理论,提出了在自发PT对称性破缺的双模波导中,损耗介质对模式耦合损耗具有额外的增强作用。通过在双模SOI波导上设计有效折射率实部和虚部的微扰分布,构建了处于厄米相、破缺的PT对称相和纯吸收相的叁种器件。通过数值计算和实验有效地验证了当系统处于破缺的PT对称相时,相比于纯吸收相将具有更高的对目标输出模式能量的损耗。在该方案中,损耗介质在常规的光吸收作用以外,还引入了从厄米相到破缺的PT对称相的相变,而后者强烈地阻止从输入模式到输出模式的能量耦合,可以有效地增强模式耦合损耗。实验结果显示,模式耦合损耗增强因子可以达到17dB,且具有较高的带宽。通过时空对称理论增强硅基SOI波导内模式耦合损耗的方案,可以为吸收型光强度调制器或光开光提供一种新型的设计思路,使得对于电控损耗介质的利用更加高效,提高调制深度或消光比。引入了人工神经网络算法,提出了使用卷积神经网络分析多模波导内模式能量分布的方案。该方案不依靠以往常用的空间模式排序技术,降低了器件层面的复杂度,并将此负担转移到了数据处理层面。针对片上常见的薄SOI多模波导和SOI重多模波导,分别设计了专用的卷积神经网络和普适的二维卷积神经网络,从而利用预处理后的远场光强图像预测模式能量分布。这些训练好的卷积神经网络的性能经验证能够达到较高水准。在SOI重多模波导中,该性能也没有下降。此外,训练好的卷积神经网络经验证对噪声具有较高的鲁棒性。这种利用卷积神经网络分析多模波导中的模式能量分布的新方法对于空分复用和结构光领域具有较高的潜在应用,并且可以拓展到多模光纤体系。引入了逆向设计理念,提出了利用粒子群优化(PSO)算法设计超小尺寸高性能的硅基模式转换器的方案。该方案将模式转换器耦合区域的单侧宽度变化和总长度参数化,并给予它们合理的取值范围形成解空间。以FDTD计算出的TE00模的平均前向透射率为适合度函数,不断更新在解空间搜索的粒子的速度和位置,从而逐渐逼近全局最优解。根据上述逆向设计的理念,得到了模式转换器的全局最优参数(或接近最优)并对其尺寸、插损、背向散射、模式转换率、模式纯度和加工误差容忍度等多个性能指标进行了分析。通过和前人结果进行比较,该模式转换器表现优异。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-01）
金俊傲,张强,余辉,郑史烈,章献民[2]（2019）在《基于硅基光子学的2维相控阵真时延网络》一文中研究指出为了实现大规模2维相控阵天线的光学真时延系统,采用基于硅基光子学的二进制硅基集成二进制光延迟线技术,提出一种2维相控阵(N×N)真时延网络,利用2维相控阵结构的对称性以及行延迟和列延迟的独立控制,真时延网络的复杂度可以降低至(N-1)/2(N为奇数)或N/2(N为偶数)。理论分析了该时延控制方案和集成时延芯片的设计,以8×8的2维相控阵为例,设计实现了包含4种硅基二进制时延线的真时延芯片,测量了该芯片的时延量,并针对测量的时延量仿真分析了2维相控阵天线的波束扫描特性。结果表明,该真时延网络能够满足相控阵天线波束指向要求(角度误差小于0. 5°);集成光学技术的采用减小系统的体积和成本。该研究为大规模2维相控阵天线的真时延网络实现提供了一种可行的方法。(本文来源于《激光技术》期刊2019年05期）
严思琦[3]（2018）在《硅基光子晶体在微波光子学中的应用研究》一文中研究指出随着“互联网+”和“大数据”时代的到来,人类社会对通信容量和速率的需求呈现出爆炸式的增长趋势。作为民用和军事领域中常见的信息载体,微波信号的频率正在迅速地向高频段扩展,这使传统的电学器件越来越难以高效地产生和处理微波信号。因此,在光域产生和处理微波信号的科学,即微波光子学,因其所具有的大带宽,抗电磁干扰,低传输损耗等优良的特性,受到了广泛的关注。在近年来分立的光纤器件逐步集成化的大背景下,如何在芯片级的硅基光子处理器上高质量、高速、低能耗地完成微波光子学功能,成为了一个值得深入研究的课题。基于以上背景,本文在深入研究硅基光子晶体的物理机理的基础上,将其应用在解决集成微波光子学领域中的若干关键问题上,所做的主要贡献可以总结为以下几个方面:1)提出并实现了基于慢光效应的高效石墨烯热电极。通过优化硅基光子晶体波导的结构参数,降低在其中传播的光信号的群速度,同时将传统的金属热电极替换为单分子层石墨烯结构,慢光和石墨烯的相互作用有效地增强了光与物质的相互作用,提高了热效应对光场的调控效率,同时大幅降低了响应时间,实现了迄今为止最快的硅基热电极。此外,还从理论上分析了石墨烯热电极的形状结构对器件性能的影响,并得到了实验验证。该工作为集成微波光子学中的快速低功耗调控提供了一个有价值的解决方案。2)从理论上指出了光学微分器的处理带宽下限的存在,并利用硅基光子晶体干涉结构解决了带宽下限带来的微分器带宽受限的问题,拓展了微分器的实际处理带宽。通过将噪声模型加入微分器的理论模型中,确定了微分器在实际应用中存在带宽下限,通过设计具有不同Q值的光子晶体微腔,在实验上验证了带宽下限的存在。进一步地,利用光子晶体波导形成的马赫曾德尔干涉仪结构所具有的啁啾滤波特性,实现了微分器带宽的扩展,有效地突破了微分器带宽下限对微分器性能的限制。3)利用光子晶体波导的慢光效应实现了超小尺寸的啁啾微波信号产生。在集成硅基芯片上,通过将不同长度的光子晶体波导置于马赫曾德尔干涉结构的两臂,产生具有波长啁啾性质的光谱,实现了超小尺寸下的光谱整形,再通过频域到时域的映射,产生了具有时域啁啾性质的微波信号。此外,通过调整光子晶体波导的结构参数,研究了光子晶体波导的慢光性质对啁啾微波信号的影响,实现了具有不同啁啾特性的微波信号的产生,并提出了进一步增大方案中啁啾微波信号的时间带宽积的方法。(本文来源于《华中科技大学》期刊2018-05-01）
吴星远[4]（2018）在《面向微波光子学的硅基行波光电探测器研究》一文中研究指出硅基集成微波光子学(MWP)的新兴领域受到越来越多的关注,高性能的光电探测器是其中的关键器件,它的研究对集成MWP的发展具有重要意义。在模拟光通信系统中,通过增加输入光功率可以显着提高模拟光链路的插损、链路增益、无杂散动态范围和信噪比,光电探测器需要相应地提高饱和输出功率。分布式行波光电探测器(TWPD)不仅增加了饱和光电流,在速度匹配和阻抗匹配下还能保持高带宽,而且适用于硅光子集成电路。本文对面向微波光子学的硅基行波光电探测器进行理论和实验研究,主要工作包括以下几个方面:(1)给出了并行光馈电的硅分布式TWPD的结构,通过分析PD和CPW电极的等效电路得到了硅分布式TWPD的完整电路模型,并根据传输矩阵方法和迭加原理得到硅分布式TWPD的频率响应。分析了硅分布式TWPD的阻抗和速度匹配,PD的容性负载效应。(2)比较了 CPW电极两种不同的分布式等效电路。通过建立的分析模型,计算周期分布式TWPD的频率响应,优化了 CPW电极和光延时设计。基于PD阵列的容性负载效应和非周期加载技术提出了行波电极输入端开路的非周期性分布TWPD。其带宽(25.7GHz)略低于输入端匹配阻抗为50Ω时周期分布式TWPD的带宽(26.5GHz);但是在DC到24.7 GHz的频率范围内,非周期分布式TWPD在负载上的光电流提高了 2倍。(3)设计了不同结构的分布式TWPD版图,比如:不同阻抗和速度匹配,周期与非周期性分布,不同的PD数量,不同的输入光梢合方式和不同的光功率分配器等。介绍了光外差法,并给出了器件RF特性的测试框架。测试了版图中的部分器件:4级和8级周期分布式TWPD在-4V反偏电压下的响应度分别为1.09A/W和1.23A/W,饱和电流分别高达80.82mA和156.64 mA。而文献中已报导的4级和8级分布式TWPD,其最高的饱和电流分别只达到65 mA和112 mA。(本文来源于《浙江大学》期刊2018-01-18）
邵海峰[5]（2015）在《硅基集成微波光子学研究》一文中研究指出微波光子学将射频(RF)工程与光电子技术融合,利用光电子大带宽、可调谐、抗电磁干扰等优异特性,一方面可以实现直接在射频领域实现起来复杂或根本无法实现的功能,另一方面为现有的光电子通信技术创造了新的机遇。微波光子学已经在很多领域如宽带无线通信、卫星通信、高清电视、太赫兹技术和相控阵雷达等获得广泛应用,其主要实现的功能可以概括为：微波／毫米波或太赫兹(THz)信号的产生、传输及处理。未来对微波光子学提出新的挑战：在实现更高速度、带宽、处理能力及动态范围的同时,要求器件和系统具有尺寸小、重量轻、功耗低及更强的电磁干扰抗性。这一要求衍生出新的研究方向,即集成微波光子学,意在实现微波光子系统的芯片集成,降低系统成本、尺寸、功耗,并增加系统的可调谐、可编程、机械抗性及电磁抗性等,实现微波光子系统的芯片化和产品化。截至目前,集成光电子已取得丰硕成果,人们已经可以在多种不同的材料体系上实现光子集成回路,包括：以InP为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、SOI材料、Si3N4/SiO2材料、玻璃材料、聚合物材料、以及能产生表面等离子体激元的金属／电介质材料等等,可以根据不同的应用选择不同的光子集成技术。本论文的研究主要集中于SOl光电子集成材料,设计并制作高性能硅基光子集成器件,实现微波光子学叁个领域(信号产生、传输及处理)中若干应用的芯片集成,并探究其性能。本文的贡献和创新主要在以下叁个方面：1.信号产生方面：(1)、利用III-V/Silicon DFB双模激光器实现了频率为0.357 THz的太赫兹信号产生,功率-30dBm,线宽4.2MHz,信噪比40dB,频率抖动28MHz,可以携带至少20GHz的基带信号。在注入电流73mA-105mA及环境温度15。C-300C范围内依然保持良好性能。(2)、利用硅基微环调制器实现了RF信号频率倍频,10GHz微波信号输入到微环调制器上,20GHz微波信号从光电探测器中输出,谐波抑制比大于20dB。2.信号传输方面：(1)、应用于Radio-over-fiber的硅基光子高速调制器的非线性分析。建立Mach-Zehnder硅基光调制器载流子色散效应的非线性模型,利用Silvaco及Matlab软件计算有效折射率与调制电压的非线性关系。分析该非线性关系对超宽带信号(UWB)、差分相移键控信号(DPSK)的传输性能影响,包括噪声、啁啾及色散损耗特性等。(2)、应用于Radio-over-fiber的硅基光子高速调制器的非线性改善。设计并制作基于双光束干涉的硅基微环调制器,利用其Fano调制曲线的非线性抵消载流子色散效应的非线性,降低调制器的叁阶互调失真,进而增加链路的无杂散动态范围(SFDR3)。3.信号处理方面：构建基于硅基(SO1)微环谐振器的两种瞬时频率测量(IFM)系统。其中一种微环谐振器有很低的Q值(3974),可以实现大带宽的IFM系统,达到0.5GHz-35GHz;而另一种微环谐振器的Q值达25833,实现了高精度的IFM系统,均方根误差在0.1GHz左右。(本文来源于《浙江大学》期刊2015-04-01）
[6]（2012）在《半导体所硅基光子学研究取得重要突破》一文中研究指出基于硅基微纳波导的硅基光子学由于可以实现超小体积、低能耗、CMOS兼容的单片高密度光电集成,已被各国公认为突破计算机和通信超大容量、超高速信息传输和处理瓶颈的最理想技术之一。(本文来源于《硅谷》期刊2012年09期）
马阳进[7]（2012）在《硅基材料的非线性和微纳光子学性质研究》一文中研究指出随着半导体电子器件集成程度逼近量子隧穿的尺寸极限,维持摩尔定律已面临严重挑战。硅基光子学器件由于其更快速,更稳定,更低能耗等优点而得到了广泛的关注。由于体硅材料本身间接带隙的限制,如何设计硅或与硅基集成的其他材料的微纳结构,甚至直接利用硅材料的非线性光学性质进行应用是研究的主要关注点。本论文主要集中在: (1).用开孔Z扫描(OA Z-scan)方法探测了氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜的非线性吸收(nonlinear absorption, NLA)性质; (2).研究了nc-Si:H薄膜微米尺度飞秒激光晶化效应及其引起的新型光学吸收机制;(3)通过实验和理论计算研究了硅基上生长的氧化锌(Zinc Oxide, ZnO)微米塔中回音廊效应(whispering gallery mode, WGM)和准回音廊效应(quasi-WGM)引起的固定模式的光发射。nc-Si:H的硅纳米晶(Si-nc)镶嵌于无序的氢化非晶硅网络中(a-Si:H)。由于可用化学气象沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)的方法生长,nc-Si:H可以被集成到多数的硅基光电子器件中。以前对nc-Si:H的研究多侧重于线性光学和电学性能,本论文对nc-Si:H的非线性光学性质进行了详细研究。我们观察到,如果飞秒激光入射光子能量略低于能带时,nc-Si:H会呈现出从饱和吸收(saturable absorption, SA)到反饱和吸收(reverse saturable absorption, RSA)的转变。我们认为这种NLA的机制与nc-Si:H的带尾态密切相关。这种SA到RSA转变非常灵敏并且具有很强的可调控性,可通过调节入射光波长,光强与nc-Si:H的能带来实现,将有希望用于高灵敏的非线性光学器件中。同时在Z-scan实验过程中,我们发现当入射激光光强超过一定阈值时,样品将会发生突变,但突变点具有非常好的RSA信号,且此信号与入射光的波长和光强都无关。我们在极小入射光强下测得了非常强的Z-Scan RSA信号。我们提出了微米尺度的激光晶化模型,并依此建立了空间非均匀线性吸收(linear absorption, LA)理论来成功解释了观察的实验现象。据我们目前所知,这是一种全新的解释Z-scan结果的理论。此模型已被显微拉曼面扫描(micro-Raman mapping)实验进一步地证实。此项工作的实验与理论部分都将对设计新型的弱光非线性光学器件有所裨益。最后,本文还研究了用化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)方法在硅基上生长的ZnO微米塔的激光模式。在355nm纳秒激光激发下,我们在ZnO微米塔阵列的光致发光(photoluminescence, PL)谱中观察到了两个固定模式的发射。通过全反射理论计算,我们认为光应该出射于微米塔中部平台,两个模式分别为WGM的横磁波TM8和quasi-WGM的横磁波QTM8模式。阴极发光(Cathodoluminescence, CL)实验很好地证实了理论计算。我们正在建立模型用FDTD法进行进一步的仿真模拟。以上研究得到了科技部重大研究计划课题(2010CB933702)和国家自然科学基金重点项目(10734020)和(11074169)的资助。特此感谢!(本文来源于《上海交通大学》期刊2012-01-01）
[8]（2011）在《中科院上海微系统与信息技术研究所硅基光子学研究获突破性进展》一文中研究指出日前,中科院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI课题组在光子学研究方面取得突破性进展,研究结果发表在2011年5月20日出版的《Physical Review Letters》上(作者为:杜骏杰、王曦、邹世昌、甘甫烷等),并作为每期最亮点的工作之一,被选为Editors Suggestion。该工作已经引起国际同行的广泛关注,美国物理学会在《Physics Aps Org》上作了专题报道。(本文来源于《中国材料进展》期刊2011年06期）
硅基光子学论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
为了实现大规模2维相控阵天线的光学真时延系统,采用基于硅基光子学的二进制硅基集成二进制光延迟线技术,提出一种2维相控阵(N×N)真时延网络,利用2维相控阵结构的对称性以及行延迟和列延迟的独立控制,真时延网络的复杂度可以降低至(N-1)/2(N为奇数)或N/2(N为偶数)。理论分析了该时延控制方案和集成时延芯片的设计,以8×8的2维相控阵为例,设计实现了包含4种硅基二进制时延线的真时延芯片,测量了该芯片的时延量,并针对测量的时延量仿真分析了2维相控阵天线的波束扫描特性。结果表明,该真时延网络能够满足相控阵天线波束指向要求(角度误差小于0. 5°);集成光学技术的采用减小系统的体积和成本。该研究为大规模2维相控阵天线的真时延网络实现提供了一种可行的方法。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
硅基光子学论文参考文献
[1].刘昂.微结构硅基光子学器件性能的研究[D].南京大学.2019
[2].金俊傲,张强,余辉,郑史烈,章献民.基于硅基光子学的2维相控阵真时延网络[J].激光技术.2019
[3].严思琦.硅基光子晶体在微波光子学中的应用研究[D].华中科技大学.2018
[4].吴星远.面向微波光子学的硅基行波光电探测器研究[D].浙江大学.2018
[5].邵海峰.硅基集成微波光子学研究[D].浙江大学.2015
[6]..半导体所硅基光子学研究取得重要突破[J].硅谷.2012
[7].马阳进.硅基材料的非线性和微纳光子学性质研究[D].上海交通大学.2012
[8]..中科院上海微系统与信息技术研究所硅基光子学研究获突破性进展[J].中国材料进展.2011