摘要：提出了一种基于Graphene/MoS2异质结的全差分光电探测器。利用标准半导体微纳加工技术,制作了有效区域为2.3μm×10μm的Graphene/MoS2异质结结构,用以产生差分光电流;使用0.18μmCMOS工艺设计了差分放大与恒压控制电路,实现光电流到电压的转换和放大。结果表明:在白光照射下,单个Graphene/MoS2异质结结构光响应度达2435A/W。差分光生电流经过差分放大器后,以电压形式输出,总光响应度加倍。该全差分光探测器基于新型二维材料,对可见光具有较高的灵敏度,在可见光探测和成像领域具有广阔的应用前景。

摘要：基于IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工艺,利用工艺库提供的分束器将入射光信号能量均分给差分电路两侧的Ge波导耦合型探测器,设计了一款应用于高速光通信和光互连领域的增益自动可控型光电集成光接收机.整体电路包括光电探测器、跨阻放大器、两级增益放大器、输出缓冲级、直流偏移消除模块和自动增益控制模块.为解除利用直流偏移消除电路检测峰值电压这种传统方案对消直流电容容值的限制,电路设计了同时具有峰值检测和增益控制功能的自动增益控制模块,并引入放电复位电容来控制采样时间.为了稳定差分电路的直流工作点,并避免引入过多功能模块对电路噪声的恶化,设计了结构灵巧的直流偏移消除电路.同时,为了提升电路带宽,还设计了带射随器反馈的共射跨阻放大器、带简并电容的Cherry-Hooper增益放大器以及可有效降低输入电容对级联电路带宽限制的f_T倍频器.仿真结果表明,在电源电压为3.3 V、输入光功率-10 d Bm的情况下,所设计的光接收机电路增益为80.2 dBΩ,-3 dB带宽为34.8 GHz,带宽范围内等效输入噪声电流小于35 pA/√Hz.输入光功率在-15^-3 dBm范围内,电路可实现对增益的自动控制,输出摆幅约500 mV,波动小于10%.在40 Gb/s的传输速率下,电路眼图清晰方正,无明显的欠冲与过冲,交叉点清晰,张开度良好,有望用于高速单片集成光接收机中.

摘要：针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm^2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.

摘要：设计了一种基于石墨烯的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器,3层具有相同形状和尺寸的石墨烯谐振单元嵌入到介质材料TOPAS中,底部用金阻止透射.数值模拟研究结果表明,吸收率超过90%的频带宽度可以达到4.64 THz,在5 THz和7.7 THz附近,吸收率接近100%.通过调节石墨烯的化学势和弛豫时间,该吸收器的吸收强度和吸收带宽可以在一定程度上实现动态调节.由于结构的对称性,该吸收器具有极化不敏感的特性和宽角度入射的特性.鉴于此,本文所设计的超材料吸收器有望在THz电磁隐身、调制、成像、开关、反射等领域展现出潜在的应用价值.

摘要：利用密度泛函理论体系下第一性原理平面波超软赝势方法,研究了锐钛矿型TiO_2(101)面吸附CO、SO_2、H_2S气体的微观机制与光学气敏性质。研究表明,这3种气体分子均能被TiO_2(101)面吸附,综合考虑吸附距离,吸附后结构的稳定性,吸附后电子的转移,与吸附后的光学性质,在这3种气体中,H_2S气体被TiO_2(101)面吸附后结构更稳定,电荷转移更明显,光学气敏特性较明显。

摘要：使用ATLAS(silvaco)仿真软件研究了不同表面电荷对GaN HEMT器件输运性能的影响。通过改变表面正电荷浓度大小从10^(12)cm^(-2)增加至3×1013cm^(-2),器件击穿电压先快速减小,后趋于平缓。随表面负电荷浓度大小从10^(12)cm^(-2)增加至3×1013cm^(-2),其击穿电压先快速增加,后趋于不变。在同样设定的表面电荷状态下,随表面正电荷浓度增加,其漏极饱和电流先快速增加,后趋于不变,相较于无表面电荷时,漏极饱和电流最大增加了7.3%。随表面负电荷浓度增加,其漏极饱和电流先快速减小,后趋于不变,相较于无表面电荷时,漏极饱和电流最大减小了88.7%。结果表明,当表面为负电荷时,对器件输出特性影响较大。当表面电荷浓度达到-1013cm^(-2),能够使漏极饱和电流大大降低,为基于GaN HEMT的探测器/传感器设计提供了理论支撑。

摘要：在自由空间光通信(FSOC)系统中,空间光-单模光纤耦合效率及稳定度直接影响接收机的性能。为提升耦合效率,基于模场匹配原理,分析了耦合效率与耦合参数之间的关系,设计了空间光-单模光纤大幅面的自适应耦合系统,利用二维压电纳米定位平台、控制模块、驱动模块、光电探测器和耦合透镜构成闭环控制系统,结合光栅扫描算法来实现最佳耦合点的精确定位和稳定跟踪。对于110×110μm2范围内,扫描点设置为8×8时,最佳耦合点的耦合效率为43.4%,较未自动对准时提升了10.6%。在稳定跟踪过程中,耦合效率稳定在43.6%,方差为0.00988。实验结果表明了该方案切实可行,且实用性高。

摘要：使用时域有限差分法(FDTD)研究了蓝宝石衬底上的GaN三角脊的光学特性。分析了不同顶角角度的GaN三角脊的截面光场分布,结果表明,三角脊结构可以有效地使光聚集在顶部。分析了不同顶角角度下GaN三角脊的截面电场强度的最大值,结果表明,随着顶角角度的增大,其最大电场强度先逐渐增大后趋于小幅振荡。当其顶角角度较小时,仅在三角脊尖端处产生一个光场极大值区域,随着顶角角度的增大,在脊顶部会产生多个极大值区域。分析了GaN三角脊中量子阱层附近的光场分布,结果表明,随着顶角角度的增加,量子阱层附近的平均电场强度先基本不变后振荡增加,量子阱层附近的光场由均匀分布逐渐趋于不均匀分布。从研究中发现,当顶角角度处于40度至60度时,量子阱与光子耦合作用更强,这为基于GaN三角脊的高光子密度器件提供了器件设计的理论基础。

摘要：人工智能技术的快速发展对硬件算力提出了更高的需求,然而传统的微电子处理器芯片面临带宽、功耗、速度方面的物理瓶颈,因此近年来基于集成光子技术的新型光学计算范式引起了广泛关注。本文以光电混合计算架构实现卷积神经网络运算为背景,对用于3×3矩阵计算的集成马赫曾德干涉(MZI)阵列进行设计。通过对单个MZI和集成MZI阵列进行链路仿真,验证了2×2 MZI的输入-输出关系,以及链路中单个MZI的驱动电压与探测器输出的关系,并对设计的芯片进行流片、封装与测试分析,本论文的研究工作为下一步实现MZI网络结构的相位调制和光计算提供基础。

摘要：使用时域有限差分方法系统地研究了直径从2μm到50μm的GaN基微盘在蓝光波段的模式强度和分布。设计了一种可以比拟微盘内高密度激子分布的偶极子排布方式,使其能够激发盘内所有光学模式。研究了盘内最大激发强度和有效共振频率数量随微盘直径的变化关系,揭示了盘内模式间的竞争关系,并给出了微盘内三种典型的激发后的光场分布。