【文章內(nèi)容簡介】 通過 超諧振模式 的 重組 實(shí)現(xiàn) 延遲量的大范圍連續(xù)可調(diào)。 ? 采用多段靈活可控的時鐘恢復(fù)集成器件新結(jié)構(gòu)，提高雙模頻率差、雙模強(qiáng)度方面的調(diào)節(jié)靈活性，增加調(diào)諧范圍。 ? 針對 DWDM 應(yīng)用需求，采用半導(dǎo)體有源波導(dǎo)和梳狀濾波器實(shí)現(xiàn)多信道的碼型轉(zhuǎn)換；在周期性光導(dǎo)結(jié)構(gòu)中摻入功能材料，改變光子帶隙結(jié)構(gòu)，通過控制不同波長的色散，抑制不同波長 信道之間 的 交叉相位調(diào)制 ，實(shí)現(xiàn)多波長全光 2R 再生 。 3） 針對不同材料和應(yīng)用，靈活采用單片集成、混合集成工 藝，實(shí)現(xiàn)高性能集成芯片 ， 包括： ? 根據(jù) CMOS 工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì) Si 基集成器件， 充分利用 CMOS 成熟工藝，使器件具有借助國內(nèi)生產(chǎn)線進(jìn)行批量 制備 的潛力。 ? 采用選擇區(qū)域生長結(jié)合量子混雜技術(shù) 在 InP 襯底 上 靈活得到高質(zhì)量、大范圍的多種帶隙波長量子阱材料，制備具有不同功能和結(jié)構(gòu)的 光子 信息處理 集成器件 。 ? 采用 InP 和 Si 基的 混合集成充分融合和利用不同材料的性能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高速、低功耗光子信息處理集成芯片 。 課題設(shè)置 ： 本項(xiàng)目根據(jù)研究內(nèi)容和研究目標(biāo)，以及不同功能的光子信息處理集成器件在材料和工藝方面的特點(diǎn)，各參與單位的研究條件、 優(yōu)勢和特色，設(shè)置五個課 題。 課題 選擇性諧振耦合增強(qiáng)機(jī)理及光交換與光緩存集成芯片研究 預(yù)期目標(biāo)： ? 建立 微納尺寸硅基波導(dǎo) 和復(fù)合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中光的模式傳播、選擇性諧振耦合與快速 調(diào) 控理論模型 ；建立 CMOS 工藝制作硅基光子信息處理集成芯片的標(biāo)準(zhǔn)化光子器件庫和設(shè)計(jì)平臺，能在國內(nèi) CMOS 工藝線上 批量制備硅基光子信息處理集成芯片 ； ? 研制出具有數(shù)字式波長選擇功能的光交換 芯片 ，切換時間 在 10ps 量級 ，矩陣規(guī)模為 16?16（可重構(gòu)無阻塞）， 信道串?dāng)_ ?20dB，功耗 ?100 fJ/bit；研制出大延時帶寬積的級聯(lián)微環(huán)緩存原型器 件， 延遲達(dá) 1ns 量級， 連續(xù)可調(diào) 。 研究內(nèi)容： ? 研究 微納尺寸 SOI波導(dǎo)和新型硅－聚合物復(fù)合波導(dǎo)中光的傳播特性和 模式耦合特征；研究采用選擇性諧振耦合增強(qiáng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)字式波長選擇交換的機(jī)理、結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵參數(shù)；研究高速、低功耗、 可重構(gòu)無阻塞 光交換矩陣的設(shè)計(jì)方法 ； ? 研究 基于光子能帶理論的光 延遲新機(jī)理 和增大延遲帶寬積的新方法 ； 研究多級復(fù)合微環(huán)陣列中超諧振模式重組以及通過 注入載流子 等方式實(shí)現(xiàn)延遲量大范圍連續(xù)可調(diào)的方法 ； ? 研究通過波導(dǎo)尺寸和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、高速光子學(xué)器件與高頻電學(xué)驅(qū)動的匹配和集成化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)等離子色散和光學(xué)非線 性效應(yīng)，提高工作速率，降低驅(qū)動電壓和功率，減少串?dāng)_和偏振相關(guān)性損耗；研究采用硅－聚合物復(fù)合波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)非熱敏的波長選擇和調(diào)控的方法； ? 研究 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)工藝制作光交換和 光 緩存芯片時， SOI 光子回路與結(jié)構(gòu)間的光學(xué)耦合、交叉與隔離，降低傳輸損耗的表面處理方法，光學(xué)波導(dǎo)與電學(xué)工藝兼容等問題 。 經(jīng)費(fèi)比例： % 承擔(dān)單位： 上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 課題負(fù)責(zé)人： 陳建平 學(xué)術(shù)骨干： 李智勇、周林杰、葉通、李運(yùn)濤、余金中、李新碗 課題 受迫諧振模式控制機(jī)理及時鐘恢復(fù)集成芯片研究 預(yù)期目標(biāo)： ? 揭示半導(dǎo)體量子阱與 量子點(diǎn)材料及半導(dǎo)體 集成器件 中光子－載流子超快相互 作用的動力學(xué)規(guī)律；建立能實(shí)現(xiàn)靈活能帶剪裁的 InP 基單片集成技術(shù)平臺； ? 研制出多段自 脈動 時鐘恢復(fù)芯片，恢復(fù)時鐘的頻率 ?100GHz，頻率調(diào)諧范圍 10GHz，時間抖動 ?200 fs，功耗 ?200fJ/b。 研究內(nèi)容： ? 研究多段自脈動激光器的材料、結(jié)構(gòu)等特征參數(shù)與器件本征諧振頻率(自脈動頻率 )之間的關(guān)系及其受控特性 ，研究實(shí)現(xiàn)自脈動頻率大范圍調(diào)諧的機(jī)制 ， 建立完整理論模型 ； ? 研究多段自脈動激光器中光波模式之間的增益、折射率調(diào)制效應(yīng)，以及外界光注入情況下器件中光波模式的 受迫諧振、相位同步及鎖定規(guī)律 ，研究 輸入信號波長、偏振 態(tài) 、碼型 （特別是長零碼）對 注入鎖定 過程的影響； ? 研究 恢復(fù)時鐘 的 時間抖動 與 激光器內(nèi)腔膜的相位 、 腔內(nèi)載流子和光子的弛豫震蕩等 之間的內(nèi)在關(guān)系， 研究注入載流子濃度波動引起時鐘幅度抖動的機(jī)理 以及 通過提高多段激光器腔模相位相關(guān)性 減小 幅度抖動的方法 ； ? 研究利用量子阱混雜和選擇區(qū)域外延、對接生長等方法，解決有源器件和無源器件的單片集成問題 。 經(jīng)費(fèi)比例： % 承擔(dān)單位： 北京郵電大學(xué)、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 課題負(fù)責(zé)人： 趙玲娟 學(xué)術(shù)骨干： 王圩、洪小斌、林金桐、程遠(yuǎn)兵、周 代兵 課題 超快非線性光控光機(jī)理及全光 2R/3R 再生集成芯片研究 預(yù)期目標(biāo)： ? 建立 100Gb/s 光 2R/3R 再生 理論體系和 實(shí)驗(yàn)平臺，驗(yàn)證本項(xiàng)目研制的光再生器件性能， 提出超高速、低功耗 2R/3R 集成 器件設(shè)計(jì)和制作 方案； ? 實(shí)現(xiàn) 100Gb/s 惡化信號的 3R 再生，惡化信號再生 后誤碼率 109， 功耗 1pJ/b； 實(shí)現(xiàn) 多波長 2R 再生，工作速率 ?100Gb/s， 信道 數(shù) ?8，惡化信號再生 后誤碼率 109， 功耗 500fJ/b。 研究內(nèi)容： ? 研究半導(dǎo)體集成器件中載流子和光子相互作用的動力 學(xué)規(guī)律和超快非線性效應(yīng)的增強(qiáng)和控制；研究利用器件中光致超快非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號判決的新機(jī)理，研究利用交叉增益壓縮來改善再生信號質(zhì)量的機(jī)制； 研究利用 上述光判決門以及 本項(xiàng)目研制的時鐘恢復(fù)等器件實(shí)現(xiàn)全光 3R 再生 ； ? 研究量子阱材料和結(jié)構(gòu)對激子吸收的影響，揭示材料特性與非線性效應(yīng)關(guān)聯(lián)的內(nèi)在規(guī)律，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加激子吸收效應(yīng)，降低光吸收飽和功率，減小載流子逃逸時間，從而在低光功率條件下獲得高非線性效應(yīng)；在此基礎(chǔ)上，研制出全光 3R 再生集成器件 ； ? 研究無源非線性 周期性光導(dǎo)結(jié)構(gòu)中電磁耦合特性和光子能帶工程，研究摻雜和光學(xué)偏置 提高非線性效應(yīng)、降低閾值功率的機(jī)理； 研究無源非線性介質(zhì)中色散控制對多信道之間交叉相位調(diào)制的影響 ， 無源非線性介質(zhì)與梳狀濾波相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高速、多波長全光 2R 再 生的新機(jī)理 。 經(jīng)費(fèi)比例： % 承擔(dān)單位： 清華大學(xué)、電子科技大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人： 婁采云 學(xué)術(shù)骨干： 武保劍、許渤、邱昆、章恩耀 課題 超快光譜變換與控制機(jī)制及多信道全光碼型變換集成芯片研究 預(yù)期目標(biāo)： ? 揭示 半導(dǎo)體有源 波導(dǎo) 和器件中光子與載流子之間的超快非線性相互作用 規(guī)律 ， 揭示各種 光致非線性效應(yīng) 與 信號光譜精確變換的 對應(yīng)關(guān)系， 建立完善的器件機(jī)理和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論 分析物理模型； ? 研究 出半導(dǎo)體有源波導(dǎo)和延時干涉儀的混合集成原型器件， 實(shí) 現(xiàn)不同調(diào)制格 式（ NRZ、 RZ、 DPSK、 DQPSK 等 ） 之間的轉(zhuǎn)換 ； 工作速率 100Gb/s，信道 數(shù) ?8， 誤碼率小于 109，功耗 500fJ/b。 研究內(nèi)容： ? 研究混合應(yīng)變量子阱 、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu) 特性參數(shù)與載流子變化動態(tài)特性及超快非線性效應(yīng)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律，探索從材料、結(jié)構(gòu)和工作條件等方面改善高速動態(tài)特性、增強(qiáng)超快非線性效應(yīng)的方法； ? 研究新型半導(dǎo)體材料及功能結(jié)構(gòu)中非線性效應(yīng)選擇性增強(qiáng)的機(jī)理， 研究光致非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號光譜精確變換的機(jī)理 和 物理模型 ； ? 研究 高階 調(diào)制 碼型 （ DPSK、 DQPSK、 QAM 等 ）和 NRZ/RZ 之 間的變換；研究 高階 調(diào)制 碼型 轉(zhuǎn)換中的相位再生問題；研究半導(dǎo)體有源波導(dǎo)與梳狀濾波相結(jié)合實(shí)現(xiàn)超高速多波長 常用 碼型和 高階 調(diào)制 碼型 變換； ? 研 究 InP 基半導(dǎo)體有源波導(dǎo)和延 時干涉儀的單片集成結(jié)構(gòu)和制作工藝，研究延時干涉儀中延時量的精確控制和相位差的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多信道碼型轉(zhuǎn)換集成芯片 。 經(jīng)費(fèi)比例： 17% 承擔(dān)單位： 華中科技大學(xué)、中國科學(xué)院微電子研究所 課題負(fù)責(zé)人： 張新亮 學(xué)術(shù)骨干： 余宇、董建績、黃德修、周靜濤、張軒雄 課題 瞬態(tài)啁啾躍變機(jī)理及可調(diào)諧波長變 換集成芯片研究 預(yù)期目標(biāo)： ? 建立功能集成材料中瞬態(tài)啁啾躍變和載流子注入調(diào)諧非線性增強(qiáng)的理論模型 ； ? 研制出 快速可調(diào)諧 全光 波長轉(zhuǎn)換 芯片 ， 工作速率 ?100Gb/s， 調(diào)諧速度 ns量級，調(diào)諧范圍 40nm，功耗 500fJ/b。 研究內(nèi)容： ? 研究 功能材料（量子 阱 /量子點(diǎn) /體 材料 ）和 結(jié)構(gòu)對 非線性啁啾躍變和折射率變 化 的影響，揭示 材料結(jié)構(gòu) 與非線性效應(yīng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律 及增強(qiáng)非線性的機(jī)理 ； ? 研究采用瞬態(tài)啁啾躍變機(jī)理實(shí)現(xiàn)超高速波長轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)和集成解決方案 ； ? 研究采用載流子注入實(shí)現(xiàn)高速調(diào)諧新結(jié)構(gòu)，研究實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)諧及波長穩(wěn)定的新方 法 ； ? 研究采 用 InP 基和 Si 基混合集 成方式實(shí)現(xiàn) 可調(diào)諧波長變換集成 芯片 制作工藝，研究混合集成中的 有源和無源功能器件的集成、材料兼容問題、模式調(diào)諧與穩(wěn)定、波長精確控制、熱擴(kuò)散和能耗控制等問題， 實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧波長變換集成器件原型 。 經(jīng)費(fèi)比例： % 承擔(dān)單位： 上海交通大學(xué)、電子科技大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人： 劉永 學(xué)術(shù)骨干： 鄒衛(wèi)文、林媛、張尚劍、吳龜靈 各 課題間相互關(guān)系 ： 上述 五個課題覆蓋了 未來光子 信息處理 集成 器件和技術(shù)領(lǐng)域需要解決的三個基本科學(xué) 問題。各課題既有一定的相對獨(dú)立性，又有緊密的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)成了如 圖 5 所示的有機(jī) 整體，共同解決 下一代 光網(wǎng)絡(luò) 核心 節(jié)點(diǎn)中的交換和再生問題。 課題 研究 目標(biāo)所設(shè)定的 超高速、低功耗光子信息處理 集成芯片和技術(shù)將為提升 我國信息 技術(shù)科技水平、在信息網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變的 關(guān)鍵時期占領(lǐng)戰(zhàn)略制高點(diǎn) 提供技術(shù)支撐 。 圖 5. 項(xiàng)目目標(biāo)、科學(xué)問題與課題設(shè)置之間的關(guān)系 四、年度計(jì)劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第