光學與光電子學的案例
基于第三代半導體材料的壓電電子學和壓電光電子學
【引言】
以氮化鎵，碳化硅和氧化鋅等為代表的第三代半導體材料已經在消費電子，5G通訊，電動汽車，光電通信等諸多新興領域得到廣泛應用。這些寬禁帶材料同時也具有非中心對稱的晶體結構，因而表現出顯著的壓電特性。然而這些材料中壓電極化電荷和半導體特性的耦合過程長期以來被忽略。
針對壓電半導體中極化電荷和半導體特性耦合過程的研究和應用，佐治亞理工學院及中國科學院北京納米能源與系統研究所的王中林院士分別于2007年和2010年首次提出壓電電子學和壓電光電子學的基本概念和原理，并建立了壓電電子學和壓電光電子學這兩大新興學科。在壓電電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對金屬-半導體肖特基結或p-n結界面處的載流子傳輸過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電電子學器件（例如晶體管，邏輯電路等）中的門控信號。在壓電光電子電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對光生載流子的產生，復合，分離以及輸運的過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電光電子學器件（例如光電探測器，發光二極管等）中的門控信號。
壓電電子學和壓電光電子學不僅提供了豐富的基礎研究機會，并在人機交互、微納機電器件、傳感和自驅動系統，人工智能等領域也具有廣闊的應用前景，由此激發了科研人員在這個領域的研究興趣。近年來對于壓電電子學和壓電光電子學的基礎及應用研究取得了快速地發展。多種功能材料中的壓電電子學和壓電光電子學的基本效應得到了系統深入地研究，相關的理論體系得以建立，諸多壓電電子學和壓電光電子學器件也被設計研發。為增進研究者們對壓電電子學與壓電光電子學的理解以推進其實際應用，王中林院士組織領域內研究者在2018年12月的美國材料學會會刊（MRS Bulletin）上撰寫了主題為“壓電電子學和壓電光電子學”的專刊。
展開 Ei&ISTP檢索的IEEE光學與光電子（SOPO2011）國際會議征文 tf
（SOPO2011) Ei&ISTP Indexed
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The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011)
IEEE光學與光電子國際會議
Ei & ISTP Indexed
CALL FOR PAPERS
http://www.sopoconf.org/2011
Wuhan, China May 16-18, 2011
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The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011) will be held from 16th to 18th, May in Wuhan, China.
展開 Ansys | 什么是光電子學？
光電子學（optoelectronic或optronics）絕不僅僅是光子學的一個子領域，而是光學和電子學交叉領域的關鍵學科，推動著通信、成像、傳感和能源等領域的創新發展。盡管光電子學位于兩個物理領域的交叉地帶，但同時又具有其獨特的器件體系，主要涉及光的發射或探測。
就此而言，光電器件（optoelectronic devices）要么使用光信號并將其轉換為電輸出，要么采用電輸入并將其轉換為光信號。光電器件也可以歸類為能量轉
這類器件對于許多高科技行業都至關重要，包括汽車、軍事和國防、航空航天、能源、醫療、消費類電子和電信行業。
當今的一些主要光電組件包括：
光電二極管
激光二極管
發光二極管（LED）和micro-LED
光敏電阻
太陽能電池（光伏器件）
光纖電纜
光電晶體管
光電探測器
在這些行業中，光電器件廣泛應用于各種領域，包括：
攝像頭
醫療成像/醫療傳感器（內窺鏡等）
醫療診斷（心率監測器等）
激光雷達和其他汽車傳感器
顯示器
遠程制導系統
激光
日常電子產品，從智能手機和智能手表到LED照明、咖啡機和現代家用電器
光敏開關設備
激光打印機
“光電子學”與“電子學和光學”
傳統的半導體電子學和光學系統，使用電子來傳輸電磁信息信號。光電子學與傳統電子學有所不同，因為它還包含來自光的信息，涵蓋紫外線、可見光和紅外波長。
不同于對光進行被動調制的純光學系統（如反射鏡、透鏡和濾光片），光電器件會主動地轉換光信號和電信號，從而為攝像頭、光纖、激光和光電探測器等技術提供支持。這些器件能夠更直接地與穿過光學元件的光波的電磁場相互作用，例如與偏振相互作用。
展開 ：異型和同型異質結光電二極管中的壓電光電子學效應
【引言】
近年來，壓電光電子學效應廣泛被用于各類半導體光電器件的性能調制，包括：太陽能電池、發光二極管、光電二極管和光探測器等。然而，關于壓電光電子學效應在不同器件結構和材料體系的半導體光電器件中的調制作用機制研究還鮮見報道。更重要的是，壓電光電子學效應不僅會產生使器件性能增強的作用，還可能會產生使器件性能削弱的作用，極大地限制了壓電光電子學效應能夠達到的器件性能增強的最大幅度。
【成果簡介】
近日，在西安交通大學電子與信息工程學院微電子學院賀永寧教授和彭文博博士講師的指導下，潘子健和李芳沛等研究成員以異型和同型異質結光電二極管為研究對象，通過對比壓電光電子學效應在兩種異質結光電二極管器件中的性能調制作用，系統地研究了不同器件結構對壓電光電子學效應的影響。研究結果表明，壓電光電子學效應能使p-n異型異質結光電二極管器件的性能增強約150%，而僅能使n-n同型異質結光電二極管器件的性能增強約55%。通過系統地分析壓電電荷對兩種器件能帶結構的調制作用，發現：壓電光電子學效應在p-n異型異質結光電二極管器件中引入了兩種增強器件性能的正效應，而其在n-n同型異質結光電二極管器件中不僅引入了一種增強器件性能的正效應，還引入了兩種削弱器件性能的負效應，因此壓電光電子學效應對前者的性能增強作用更顯著。此外，有限元仿真結果表明壓電光電子學效應對p-p同型異質結光電二極管器件性能的調制作用與其對n-n同型異質結光電二極管器件性能的調制作用類似。
展開 
什么是集成光學？
集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 什么是集成光學？
集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 Ansys Lumerical | 光子 PDK 合作代工廠速覽
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深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
展開 第二屆工程物理國際學術研討會（IWEP2024）
? 征稿領域
IWEP征集原創性英文投稿，主題包括但不限于：
工程力學
流體力學
聲學
熱力學
電氣工程
電路
材料物理
地球物理學
光學與光電子學
電磁學
計算物理
信號處理
計算機網絡
量子物理
生物物理
天體物理
? 昆明印象
走進昆明，直奔眼底的是漫山遍野的翠綠、艷麗綻放的鮮花、蔚藍的天空、七彩的云霞、滇樸披“金”、四時鳥語不斷、常年和風送涼、26個民族相匯集、文明有脈動、萬物有靈犀……
美景眾彩紛呈，陽光溫暖愜意，鮮花滿城，人文薈萃，同時擁有詩和遠方~
? 聯系方式
PASE平臺：http://www.pasanhu.cn
IWEP官網：http://www.iwepconf.org/
會議秘書：Ms.
展開 【Lumerical系列】無源器件-端面耦合器1丨綜述
圖9 基于懸臂梁結構的端面耦合器
總結
硅光子集成電路中的光互連是實現高效數據傳輸的關鍵問題。光纖到芯片光互連的兩種主流范式，即垂直耦合和端面耦合，具有不同的特點，而端面耦合擁有更高的耦合效率、更寬的工作帶寬、對偏振狀態的依賴性更低等。本文首先介紹了端面耦合器的研究背景和應用，闡述了其工作機理，并總結了其性能指標。此外，還對端面耦合器在水平和垂直方向上的結構變化進行了分類和簡單描述。下一期文章我們將針對具體的端面耦合器案例進行分析。
參考文獻：
[1] Du J, Chen G F R, Gao H, et al. Demonstration of a low loss, highly stable and re-useable edge coupler for high heralding efficiency and low g (2)(0) SOI correlated photon pair sources[J]. Optics Express, 2024, 32(7): 11406-11418.
[2] Mu X, Wu S, Cheng L, et al. Edge couplers in silicon photonic integrated circuits: A review[J]. Applied Sciences, 2020, 10(4): 1538.
深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
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總結
硅光子集成電路中的光互連是實現高效數據傳輸的關鍵問題。光纖到芯片光互連的兩種主流范式，即垂直耦合和端面耦合，具有不同的特點，而端面耦合擁有更高的耦合效率、更寬的工作帶寬、對偏振狀態的依賴性更低等。本文首先介紹了端面耦合器的研究背景和應用，闡述了其工作機理，并總結了其性能指標。此外，還對端面耦合器在水平和垂直方向上的結構變化進行了分類和簡單描述。下一期文章我們將針對具體的端面耦合器案例進行分析。
參考文獻：
[1] Du J, Chen G F R, Gao H, et al. Demonstration of a low loss, highly stable and re-useable edge coupler for high heralding efficiency and low g (2)(0) SOI correlated photon pair sources[J]. Optics Express, 2024, 32(7): 11406-11418.
[2] Mu X, Wu S, Cheng L, et al. Edge couplers in silicon photonic integrated circuits: A review[J]. Applied Sciences, 2020, 10(4): 1538.
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展開 Lumerical光子集成電路光電元件設計
可以定義電接觸以在電荷輸運仿真中設置直流或瞬態激勵，并可以指定光源，將光注入器件。然后，可以為電荷輸運設置直流、交流或瞬態分析，以及為光子學設置寬帶光傳播或本征模式分析，從而為這些器件提供全面的多物理場分析。
光電結果提取
垂直光電探測器
光電探測器是光子集成電路 (PIC) 中的關鍵元件，可實現單片電光系統。光電探測器使用在設計波長下具有強吸收的材料將光信號轉換為電信號。在硅光子學中，鍺是一種常見的材料選擇，因為它與大多數硅工藝兼容，并且可以在硅頂部低缺陷生長。在垂直布局中，鍺吸收層生長在硅波導頂部，并在鍺頂部形成電接觸。為了最大限度地減少此觸點的電損耗，在鍺和觸點之間的界面處引入了一層薄薄的高濃度摻雜劑，而其余的鍺則沒有特意進行摻雜。下面的硅被摻雜以增加導電性，從而形成垂直 PIN 結。當光信號沿波導傳播并進入吸收層時，被吸收的光子在鍺中產生電子-空穴對，這些電子-空穴對被內部電場分離并流過電觸點以形成輸出電流。
本研究中仿真的垂直光電探測器 (VPD) 使用[3]中的幾何形狀和材料特性來創建參考器件。按照 [3] 中概述的建議，我們評估了不同接觸形狀對 VPD 性能的影響：接觸金屬化在鍺界面處是一個強光子吸收體，它減少了可能對電流有貢獻的光生電子空穴對數量。接觸界面的放置會影響暗電流、響應度和帶寬，可以使用來自工藝仿真的輸入進行有效分析。圖 7 展示了“大”和“小”兩種接觸情況下，Silvaco Victory Process 仿真的幾何形狀，使用上一節中描述的工作流將其導入 Ansys Lumerical CHARGE。
圖 7.
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