摘要：从硅基光电子芯片在近年来的发展现状入手,对大规模集成背景下的器件与系统性能匹配发展脉络进行综述,同时从设计人员以及生产制造的角度,对面向规模芯片出货的生产模式、设计制造全流程方法以及一致性工程等关键技术进行分析,并进一步讨论未来硅基光电子集成芯片的大规模推广应用前景。

摘要：随着对高速、超紧凑数据信号管理需求的日益增长,光子集成电路(Photonics Integrated Circuits,PIC)在先进的光子信号处理中受到广泛关注,其中可编程光芯片因其特有的通用性、可重构特性逐渐受到开发者的青睐.本文依托联合微电子中心有限责任公司(United MicroElectronics Center ***,CUMEC)的绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator,SOI)自主工艺平台,设计并制备了包含9个六边形单元的3×3六边形架构可编程光芯片,利用迭代扫描法实现了消光比高达30 dB的开关电压标定,并通过扁平化版图优化设计使芯片尺寸降低了21%;采用此可编程光芯片进一步完成了典型功能验证:通过对输入输出端的可调基本单元(Tunable Basic Unit,TBU)耦合系数进行调谐,可实现消光比、谐振波长、自由光谱范围可调的马赫曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)/微环谐振腔(Micro-Ring Resonator,MRR),消光比可高达42.3 dB/28 dB;可实现延时量大范围可调谐的延时线及任意输入/输出端口之间的路由.该芯片是目前世界上规模最大的六边形架构可编程光芯片,并实现了与有源单元的单片集成,在微波光子信号处理、化学生物传感、量子信息、光计算领域具有广阔的应用前景.

摘要：氟化镁微腔光频梳具有体积小、功耗低、光谱覆盖范围广、色散可调控的优势,在光通信、中红外光谱等领域有着潜在应用前景.本文研究了氟化镁回音壁模式微瓶腔平台产生的光频梳光谱特性.为了优化氟化镁微瓶腔光频梳的光谱分布,利用有限元法迭代求解了瓶腔结构在不同曲率和轴向模式下的二阶色散及高阶色散,通过分步傅里叶法求解非线性薛定谔方程仿真了不同轴向模式激励下的光频梳光谱演变过程.结果表明,在最佳曲率半径下通过低阶轴向模式激励可以实现宽带范围的近零反常色散调谐,而高阶轴向模式将导致微瓶腔呈现弱正常色散.在低阶轴向模式下较弱的反常色散使光频梳的带宽得到展宽,证明了三阶色散和负的四阶色散可以展宽克尔孤子光频梳;在高阶轴向模式下弱正常色散抑制了克尔光频梳的产生,拉曼光频梳占主导地位.在适宜的泵浦条件下通过调控微瓶腔的轴向模式可以实现克尔孤子光频梳和拉曼光频梳的选择性激发.本文工作的开展将为氟化镁微腔色散设计及宽带克尔孤子光频梳、拉曼光频梳实验调控提供指导意义.

摘要：光电子集成芯片正朝着超宽带、多功能、高密度方向发展,芯片测试表征贯穿设计、流片和封装过程,尤其是非侵入式无损伤的片上在线测量技术,该技术能够有效提高测试效率和芯片良率。提出基于光采样的光电子芯片片上在线测量方法,通过光采样上、下变频,分别对宽带电光调制器芯片和光电探测器芯片进行测试,借助光频梳的时频变换关系对光频梳的不平坦响应进行校准,利用微波二端口网络理论对适配网络的退化响应进行去嵌入,提取光电子芯片的本征频率响应参数。通过低频光电检测实现高频电光调制器芯片测试,通过窄带电光驱动实现宽带光电探测器芯片测试,测试过程中不会损伤晶圆,且不影响芯片的后续制备进程,为晶圆级光电子芯片在线测量提供技术方案。

摘要：文章总结了低噪声CMOS图像传感器代表性关键技术的最新研究进展。从CMOS图像传感器架构及各模块设计的角度,介绍了有源像素结构和图像传感器架构,分析了广泛采用的像素内源跟随CMOS图像传感器读出电路及其噪声等效模型,重点介绍了低噪声CMOS图像传感器关键技术,包括共享参考像素差分共源放大器技术、相关多采样技术、像素内斩波技术,以及相关技术的电路级实现方式。

摘要：基于CMOS兼容的硅基光子集成工艺,设计并实现了一种具有高边带抑制比的硅基单片集成单边带调制器。单边带调制器采用正交混合耦合器实现上下两臂等幅度、90°相位差的射频信号加载,基于硅基双驱动马赫曾德尔调制器的热移相器调控上下两臂光相位差为90°,实现了效果显著的单边带抑制。基于CUMEC公司CSiP180 Al工艺和工艺设计包(PDK)完成芯片制备,采用金丝引线实现了正交混合耦合器的空气桥结构。测试结果显示该硅基单片集成单边带调制器在18~32 GHz频率内边带抑制比均高于12 dB,在21 GHz工作频率时边带抑制比达到了32 dB。该单边带调制器有望应用在光通信和微波光子系统中。

摘要：为了完善凹面光栅衍射效率测试仪的研制,需要对凹面光栅衍射效率测试仪的光学(成像)系统进行设计和分析。根据仪器光学系统的设计要求,分别对Ⅲ型凹面光栅和Ⅳ型凹面光栅组成的光学系统进行设计和模拟,给出了各自光学系统的像面点列图和实际光线追迹数据。设计结果表明,仪器光学系统的出射光斑最大宽度为0.72 mm,最大高度为7.54 mm;通过适当选择探测器的规格和尺寸,可以确保出射光通量没有损失。进而保证了仪器光学系统的测量准确性。

摘要：干涉式集成光学陀螺仪利用光电子集成技术实现陀螺系统的芯片化,在实现高性能的同时,可实现批量化生产,满足低体积、重量、功耗和成本(SWa P+C)指标,在无人领域具有重要应用前景。根据干涉式集成光学陀螺的发展脉络及趋势,设计了基于氮化硅的低损耗波导环和单偏振波导谐振腔、异质波导集成耦合结构等关键部件,搭建了基于无源芯片与光纤环的干涉式集成光学陀螺实验样机,实现精度0.03°/h(Allan方差),为目前国内已有报道同类陀螺系统的最优精度。最后,给出了干涉式集成光学陀螺的应用前景分析。

摘要：为了提高光伏电池的收集效率和环境适应性,提出了一种带有MPPT功能的高效率光伏电池升压转换器芯片。该电路系统包括新型四相高效电荷泵模块、扰动观察法MPPT控制电路模块、反馈控制模块、纳安级电流基准、检测电路模块等。该芯片采用0.35μm BCD工艺设计、仿真并流片。芯片尺寸为3.15 mm×2.43 mm。测试结果表明,当光伏电池输出电压大于0.5 V时,升压转换器芯片输出电压提升到3V,电压转换效率可达99.4%。MPPT算法使输出功率提升8.53%。当输出负载电流为297μA时,最宽输出PCE达到85.1%。该芯片实现了高效升压光伏电池输出电压的目标。

摘要：为实现光栅耦合器与光纤的高效率耦合,基于联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)超低损耗氮化硅平台,成功设计并开发了与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的低损耗、小尺寸氮化硅光栅耦合器。首先对光栅关键参数进行了仿真计算,选择最优参数进行光栅耦合器的设计。然后,基于CUMEC超低损耗氮化硅平台,采用聚焦光栅结构,极大地缩小了光栅耦合器的尺寸,得到的氮化硅聚焦光栅耦合器小线宽结构制备良好。搭建了光学测试系统完成聚焦光栅性能表征,测试结果表明,损耗最优值为4.48 dB,对应波长1548 nm,1 dB带宽大于45 nm。