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用于片上深度神经网络的磷化铟光子集成交叉连接数值模拟
摘要： 我们提出了一种基于广播-加权方法的新型光子加速器架构，通过光子集成交叉连接实现深度神经网络。我们对单个神经元和完整神经网络运算进行了数值模拟，复现并验证了权重校准与加权加法操作，其表现与实验测量结果一致。预测动态范围超过25分贝，与实测数据相符。我们还针对光串扰和输入颜色数量的影响，对加权加法运算进行了模拟分析——光串扰增加会降低模拟精度，而通道数增多则能提升性能。通过部署训练好的三层深度神经网络权重矩阵，我们解决了鸢尾花分类问题。通过调节光串扰和波导损耗进行数值研究，以预估单次运算能耗，从而分析了对应光子实现的性能。层间光串扰与预测误差的关系分析表明：首层对最终精度起决定性作用。当归一化均方根误差低于0.09时，最终精度与各层误差呈准线性关联，这意味着首层存在保证最终精度高于89%的最大容许误差阈值。但由于网络随机性，即使误差超过0.09仍可能获得良好局部极小值。在相同误差水平下，更低的路径损耗可使矩阵乘法单元功耗减半，为性能提升提供了空间。模拟与实验的高度吻合为此类网络的可扩展性研究奠定了坚实基础。
关键词： 深度神经网络、光子神经网络、图像分类、半导体光放大器、人工神经网络、光子集成电路
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过融合图像与激光扫描实现完整场景重建
摘要： 光纤传输技术大幅提升了传输速率，局域网中10 Gb/s已成为常见标准。终端用户认为无线接入为移动通信提供了极大便利。然而微波频段有限的频谱资源导致单用户传输速率被限制在较低水平（例如5 GHz频段IEEE 802.11ac标准仅为500 Mb/s）。要将光纤传输的高数据速率能力扩展至无线设备，必须大幅提高载波频率。本文将阐述如何利用光子技术，通过毫米波和太赫兹(THz)频段信号实现超高容量无线数据分发与传输。
关键词： 光子集成电路、微波光子学、宽带通信、光学混频、光学外差、毫米波生成、光学锁相环、半导体激光器
更新于2025-09-19 17:13:59
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高功率、窄线宽、小型化硅光子可调谐激光器，具备精确频率控制功能
摘要： 我们展示了一款小型化封装的混合集成硅光（SiPh）可调谐激光器，适用于OSFP和QSFP-DD等小尺寸形态的相干?？椤Ｍü勺灾餮蟹⒌母吖β拾氲继骞夥糯笃鳎⊿OA），该SiPh激光器在C波段实现了创纪录的21.5 dBm输出功率。同时，该激光器具有窄至60 kHz的线宽、大于50 dB的边模抑制比（SMSR）、低于-150 dB/Hz的相对强度噪声以及65 nm的宽调谐范围。这些性能参数非常适合采用先进高阶调制格式的400 Gb/s及以上速率相干通信。此外，我们开发了片上传感器技术以实现精确的激光频率控制，在10 oC至80 oC温度范围内，SiPh激光器相对于SOA电流变化的频率稳定性达到1 GHz。通过集成自主研发的InP-PLC混合相干光子子组件（COSA），我们进一步验证了该SiPh激光器在64 Gbaud、16/64 QAM相干传输中的可行性。
关键词： 波长可调谐激光器、硅光子学、混合集成、光子集成电路、半导体光放大器
更新于2025-09-19 17:13:59
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全光学InAsP/InP纳米线开关集成于硅光子晶体中
摘要： 我们报道了在通信波长下，利用集成于硅光子晶体中的亚波长InP/InAsP纳米线成功实现全光开关。本研究采用基于光子晶体中空气沟槽的两种不同混合纳米线腔体。这些混合腔体兼具III-V族材料的功能特性与硅波导的低传输损耗优势。由纳米线诱导的线缺陷光子晶体腔展现出25000的品质因数，高于我们先前演示的混合系统?？厥奔湮?50皮秒，属于目前已报道纳米线开关中最快之列。我们发现开关时间与品质因数呈明显相关性。通过改变泵浦功率的测量估算出开关能量为数百飞焦耳，该数值低于相同泵浦条件下无纳米线及空气沟槽的参考硅光子晶体腔。这表明集成于硅光子晶体中的InP/InAsP纳米线有助于降低开关能耗。
关键词： 全光开关、原子力显微镜操控、纳米光子学、光子晶体、纳米线、光子集成电路
更新于2025-09-19 17:13:59
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与CMOS兼容的、由单片集成铒激光器驱动的光相控阵
摘要： 介绍了一种先进的与CMOS兼容的300毫米晶圆硅光子平台，该平台包含具有八个掺杂掩模的硅层、两层氮化硅层、三层金属和通孔层、用于实现平滑边缘耦合面的切割槽，以及能使增益材料与波导层相互作用的增益薄膜槽。该平台被用于演示一种由片上掺铒激光器供电的电控集成光学相控阵。展示了具有单模输出、30分贝边模抑制比和40毫瓦激光阈值的激光发射，并实现了一维波束转向，其半高全宽为0.85°×0.20°，电控转向效率为30°/瓦。该系统是稀土掺杂激光器与有源CMOS兼容绝缘体上硅光子系统单片集成的首次演示。
关键词： 硅光子学、稀土掺杂激光器、集成光学相控阵、光子集成电路
更新于2025-09-19 17:13:59
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[IEEE 2019年第46届光伏专家会议(PVSC) - 美国伊利诺伊州芝加哥(2019.6.16-2019.6.21)] 2019年IEEE第46届光伏专家会议(PVSC) - 外延剥离薄膜GaInP/GaAs/GaInNAsSb晶格匹配三结太阳能电池
摘要： 数据中心中计算服务器数量的不断增加，对网络基础设施提出了更严格的限制要求。为充分利用现有电子交换机或光电组件的带宽容量，可扩展的高能效光互连网络已成为必要选择。因此，新型光互连技术通过实现光信号在波长域和时间域的同步处理能力，能够有效提升网络容量。本文提出一种四通道无源波长条带映射（PWSM）器件，该器件通过光学波分复用/解复用技术实现串行数据包的无源时间压缩/扩展。该PWSM器件采用低损耗Si3N4波导平台（传输损耗约3.1 dB/m）设计，集成1×4通道光波长解复用器与光学延迟线。该器件可对四个WDM通道进行复用/解复用，并通过相邻通道的时间偏移实现数据包的光学串行化/解串行化。实验演示中，器件输出端通过时域组合四个16 ns数据段，形成64 ns长的完整数据包。由于集成无源光学延迟波导，相邻通道间增量光插入损耗约为9.7 dB。四个分段数据包及合成数据包的传输速率均为25 Gb/秒。当接收光功率为-6.7 dBm时，经PWSM器件再生的64 ns串行数据包测得误码率低于1×10^-9。
关键词： 二氧化硅和氮化硅光子学、波长滤波器件、光子集成电路
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用均匀光栅和宽度调制硅波导的III-V/Si膜分布式反馈激光器
摘要： 在硅衬底上开发了具有阻带调制腔的膜埋异质结构III-V/Si分布反馈（DFB）激光器。采用230纳米厚的膜状III-V层，可构建与标准硅光子平台所用220纳米厚硅波导匹配的光学超模。我们使用均匀光栅和硅波导，通过调节硅波导宽度来控制阻带中心波长。通过控制硅波导的调制宽度和调制长度即可设计腔体结构，相比采用λ/4相移光栅的腔体，该设计更易于工程实现与激光腔制备。腔体输出光通过磷化铟反锥形波导耦合至硅波导，再经硅反锥形波导耦合至二氧化硅波导（光纤耦合损耗为2分贝）。实验证明：当腔体中心区域的硅波导宽度增加80纳米时可实现单模激射，阈值电流为3毫安，最大光纤输出功率达4毫瓦；将有源区长度延长至1毫米时，获得17毫瓦的光纤耦合输出功率；在130°C高温环境下仍能保持1毫瓦的光纤输出功率。
关键词： 光子集成电路、半导体激光器、硅光子学
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE第14届马来西亚国际通信会议(MICC) - 马来西亚雪兰莪州(2019.12.2-2019.12.4)] 2019年IEEE第14届马来西亚国际通信会议(MICC) - 分析LED灯排列对室内可见光通信系统性能的影响
摘要： 我们报道了一项基于光子晶体平板中双级联腔信道析出技术的光学传感器研究结果。通过三维模拟分析了该传感器谐振模式的质量因子与强度。通过在总线信道中引入反射器并控制两个腔体与析出信道间的耦合，显著提升了析出效率。除模拟研究外，我们还制备了双腔传感器并测试其对水油渗透的光学响应，实验中同时采用直接视觉成像与定量分析方法。水油样品间0.12的折射率差导致18.3纳米的波长偏移，这与20纳米的模拟结果高度吻合，表明其灵敏度达153 nm RIU?1。水油渗透对应的两个谐振峰在透射光谱中均表现出良好选择性。总线信道的宽带输出与析出信道的高波长选择性输出之间的对比，为该双级联腔系统作为全光传感多路析出信道阵列的基础构建?？樘峁┝丝赡?，该阵列可广泛应用于生物/化学检测及环境监测领域。
关键词： 光波导、光耦合、光学传感器、复用技术、光学器件、光子集成电路、光子晶体、腔谐振器
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE光子学与电磁学研究秋季研讨会（PIERS-Fall）- 中国厦门（2019.12.17-2019.12.20）] 2019年光子学与电磁学研究秋季研讨会（PIERS-Fall）- 基于超表面等离子体激元波导的可调谐360度移相器
摘要： 数据中心中计算服务器数量的不断增加，对网络基础设施提出了更严格的限制要求。为充分利用现有电子交换机或光电组件的带宽容量，可扩展的高能效光互连网络已成为必要技术。因此，新型光互连技术通过实现光信号在波长域和时间域的并行处理，能够有效提升网络容量。本文提出一种四通道无源波长条带映射（PWSM）器件，该器件通过光学波长复用/解复用技术实现对串行数据包的无源时间压缩/扩展。该PWSM器件采用低损耗Si3N4波导平台（传输损耗约3.1 dB/m）设计，集成1×4通道光波长解复用器与光学延迟线。该器件可对四个WDM通道进行复用/解复用，并通过时间偏移相邻通道实现数据包的光学串行化/解串行化。实验演示中，通过将数据包的四个16纳秒时段在时域组合，最终在器件输出端形成64纳秒长的数据包。由于集成无源光学延迟波导，相邻通道间递增的光插入损耗约为9.7 dB。四个分段时间包及合并后数据包的传输速率均为25 Gb/秒。当接收光功率为-6.7 dBm时，经PWSM器件再生的64纳秒串行数据包测得误码率低于1×10^-9。
关键词： 波长滤波器件、光子集成电路、二氧化硅与氮化硅光子学
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE电力电子与可再生能源会议(CPERE) - 埃及阿斯旺市 (2019.10.23-2019.10.25)] 2019年IEEE电力电子与可再生能源会议(CPERE) - 具备电动汽车充电能力的直流光伏微电网分析、设计与仿真
摘要： 光纤传输技术实现了传输速率的大幅提升，局域网中10 Gb/s的速率已十分常见。终端用户认为无线接入为移动通信带来了极大便利。然而，微波频段有限的频谱资源导致单用户传输速率被限制在较低水平（例如5 GHz频段的IEEE 802.11ac标准仅为500 Mb/s）。要将光纤传输的高数据速率能力扩展至无线设备，必须大幅提高载波频率。本文将阐述如何利用光子技术，通过毫米波和太赫兹(THz)频段信号实现超高容量无线数据分发与传输。
关键词： 光学外差、光混频、光学锁相环、毫米波产生、微波光子学、光子集成电路、宽带通信、半导体激光器
更新于2025-09-19 17:13:59