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单层石墨烯微米尺度图案化和功能化:调控电子传输特性

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电化学（中英文） 2024年第3期30卷 34-39页

作者：崔苗苗韩联欢曾兰平郭佳瑶宋维英刘川吴元菲罗世翊刘云华詹东平厦门大学化学化工学院化学系固体表面物理化学国家重点实验室电化学技术教育部工程研究中心福建厦门361005 厦门大学萨本栋微纳米科学与技术研究所机电工程系福建厦门361005 华中科技大学国家CAD支撑软件工程研究中心湖北武汉430074

石墨烯具有优异的物理特性,如单原子厚度、极高的载流子迁移率等。然而,其零带隙的半金属特性限制了题在高性能场效应晶体管中的应用。为此,研究者们提出了石墨烯纳米化、外场诱导、掺杂以及化学图案化等策略,以调控其带隙宽度。但是,... 详细信息

石墨烯具有优异的物理特性,如单原子厚度、极高的载流子迁移率等。然而,其零带隙的半金属特性限制了题在高性能场效应晶体管中的应用。为此,研究者们提出了石墨烯纳米化、外场诱导、掺杂以及化学图案化等策略,以调控其带隙宽度。但是,这些方法的可控性以及稳定性还需要进一步改善。在本研究中,我们提出采用电化学溴化并结合光刻图案化调控单层石墨烯的电子传输特性,通过这种方法,成功制备了图案化的溴化石墨烯(SLGBr)。进一步研究表明,单层石墨烯的电子传输性能可以通过溴化程度来调控。当溴化程度较小时,SLGBr表现为电阻特性,且其电导随溴化程度增加而减小;当溴化程度增加到一定值时,SLGBr表现为与半导体类似的特性。本研究将为全石墨烯器件的制备提供可行的技术路线,拓展其在微电子领域的应用。

关键词：石墨烯图案化电子传输电化学溴化光刻全石墨烯器件

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基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造

中国科学基金 2024年第1期38卷 115-131页

作者：邵金友宋凤麒李祥明杨扬谭新峰詹东平金明尚孙頔付德君谭元植许辉西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室西安交通大学前沿科学技术研究院南京大学固体微结构国家物理重点实验室厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室山东大学化学与化工学院/晶体材料国家重点实验室武汉大学物理科学与技术学院人工微纳米结构教育部重点实验室厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态，具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造，将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造... 详细信息

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态，具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造，将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造等是原子/分子团簇器件制造的关键发展方向，主导着从原子到产品制造的发展历程。把握这些发展背后的重要机遇，将有助于占领原子级制造研究的制高点，引领原子级制造方法的变革。本文从团簇新材料的宏量制造、新型功能器件的原子/分子团簇构筑、团簇—器件的跨尺度制造工艺和装备等三个方面概括了原子/分子团簇与器件制造领域的主要研究进展，总结了原子/分子团簇与器件领域的关键科学问题及面临的挑战，并对其未来发展方向和发展战略给出了建议。

关键词：原子/分子团簇功能器件定域组装异质/异构界面构效关系宏量制造

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硅光芯片版图自动化设计及应用

硅光芯片版图自动化设计及应用

作者：常思垚武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

硅基光子集成技术利用硅材料中的光子、电子、及光电子器件的工作机理和光电特性,采用与集成电路兼容的微纳米加工工艺,在硅晶圆上开发制备光电子芯片,这些芯片应用在光通信上,极大地推动了光通信领域的发展。但目前我国在硅基光子集成... 详细信息

硅基光子集成技术利用硅材料中的光子、电子、及光电子器件的工作机理和光电特性,采用与集成电路兼容的微纳米加工工艺,在硅晶圆上开发制备光电子芯片,这些芯片应用在光通信上,极大地推动了光通信领域的发展。但目前我国在硅基光子集成技术的设计仿真方面仍存在劣势,如硅光芯片版图自动化设计成熟度不高,硅光芯片平台和设计仿真软件协同问题。对于硅光芯片的设计、建模、仿真、优化等一系列流程,如果分别使用不同的软件实现,无疑难于管理,效率低下,开发周期持久、成本过高。本论文着重对硅光版图自动化设计进行研究,基于IPKISS平台搭建硅光芯片版图自动化设计工具包。主要工作如下:(1)使用Python编程语言将已有的基本设计单元代码化,设计了多种无源器件、有源器件完善组件库,建立了器件的紧凑型模型。(2)根据不同设计需求分析,设计了多种光波导结构应用在器件之间的互连上。(3)根据系统级版图设计需求,实现了在器件端口处自动添加多种Transition波导的功能,实现了自动添加Dummy使图层密度满足工艺厂密度需求。(4)根据相干等类型芯片的版图设计需求,实现了多端口之间自动等长布线、自动添加交叉波导器件的框架。(5)搭建了一个光学类脑计算模块,将模块的器件设计、建模仿真,版图布局、链路生成、链路仿真,一体化实现,直观的表达了PDK的强大设计功能。验证了仿真引擎Caphe和CAMFR的准确性、可靠性。

关键词：光通信硅基光子集成技术硅光子设计自动化

千兆以太网光传输系统前向纠错算法的研究与实现

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千兆以太网光传输系统前向纠错算法的研究与实现

作者：汪智杰武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

在光网络信号的传输过程中,长距离传输是一个非常重要的研究方向,光信号经过长距离传输会出现信号质量劣化的现象进而导致输出信号的光信噪比降低、接收端出现误码,所以为了提高信号的质量在长距传输中一般会加入掺铒光纤放大器、拉曼... 详细信息

在光网络信号的传输过程中,长距离传输是一个非常重要的研究方向,光信号经过长距离传输会出现信号质量劣化的现象进而导致输出信号的光信噪比降低、接收端出现误码,所以为了提高信号的质量在长距传输中一般会加入掺铒光纤放大器、拉曼放大器、遥泵等设备和添加前向纠错码。通过使用前向纠错码能够以较低的代价提升信号的传输距离,现有的前向纠错码应用的环境基本为2.5Gbit/s速率以上的光传送网中,而千兆速率的以太网帧在传输过程中没有合适的前向纠错码对其进行编解码。目前实现前向纠错功能一般是使用国外FPGA厂商提供的十分成熟的IP核,或者国外专用的编译码器件。相比于专用的编译码器,使用FPGA能够灵活的提供前向纠错功能且成本低,但由于国产FPGA起步慢,在国产FPGA上还不具备封装好的IP核,所以在国产FPGA平台上前向纠错码的应用很少。本文通过对RS码编译码理论进行研究,设计了基于国产FPGA的RS编译码器和自定义帧封装模块并搭建了长距传输实验系统对设计的程序进行测试。本文主要工作内容如下:（1）通过对RS码编码和译码原理的研究,设计了RS（255,239）编译码器。针对有限域乘法模块消耗资源多的问题,实现了一种有限域乘法器提升乘法模块性能,并在国产FPGA上实现编码器模块和译码器,同时在设计的FEC板卡上对编译码器进行上板测试。（2）针对以太网报文不定长的问题,提出了一种自定义帧设计以适应RS编译码器,对设计的自定义帧模块基于国产FPGA进行实现,并对程序进行仿真和板级调试。测试不同包长的以太网数据帧传输效果,能够实现不定长数据包的切片功能并且速率能够达到1.25Gbit/s。（3）搭建长距传输实验系统对设计的RS编译码器和自定义帧封装模块进行系统测试,经过实验结果分析使用RS编译码器和自定义封装模块的长距传输系统比不含FEC功能的长距传输实验系统的接收门限降低了5.5d B以上。

关键词： RS码可编程逻辑门阵列自定义帧长距离光传输

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硅基液晶芯片器件的性能优化方案研究

硅基液晶芯片器件的性能优化方案研究

作者：李宇锋武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

硅基液晶芯片(LCOS)是实时光学信息处理,自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件,它在现代光学技术的发展中起着重要的作用。由于LCOS支持Flex-grid特性,已成为实现WSS模块的主流技术方案。基于LCOS芯片的空间光调制器的工作原理... 详细信息

硅基液晶芯片(LCOS)是实时光学信息处理,自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件,它在现代光学技术的发展中起着重要的作用。由于LCOS支持Flex-grid特性,已成为实现WSS模块的主流技术方案。基于LCOS芯片的空间光调制器的工作原理是利用液晶的电控双折射效应,它是一种在不改变光束振幅的条件下,实时、动态地对入射光进行相位调制的一-种光调制器件,被广泛应用在光电混合信息处理系统中。与传统液晶显示器相比,LCOS器件具有更高的集成度、光学效率、分辨率等优点,具有更广阔的应用前景。本文以高分辨率反射式硅基液晶芯片为研究对象,研究内容包括硅基液晶芯片的工作原理与结构原理、相位面型测试方案设计、高效准确的相位调制特性测试与优化方案设计、转角的衍射效率的测试方案的设计等。本文的主要研究内容如下:(1)介绍了不同电光效应下硅基液晶的工作原理与工作特性,确定了硅基液晶芯片采用反平行电控双折射工作模式。(2)提出了一个新的指标来判断硅基液晶芯片的质量好坏,设计一种新的测试方案并搭建测试光路测试硅基液晶芯片的相位面型,其相位面型数据不仅成为了一种新的指标去判断硅基液晶芯片质量的好坏,也能暴露出芯片制作过程中出现的问题。(3)硅基液晶芯片的相位调制曲线是其重要的性能指标,本文设计了插损法与四分之一波片法这两种高效、准确、简便的光学测试方案测试硅基液晶芯片的相位调制特性,并与目前普遍使用的干涉法测试硅基液晶芯片的相位调制特性进行对比,结果显示,三种测试方法各有特点、各有优劣。(4)LCOS作为可编程的衍射元件,其各级次的衍射效率对WSS模块的插损和串扰特性有着重要的影响,本文设计了一种新的测试硅基液晶芯片加载转角时的衍射效率的方案,测试结果显示该测试系统能快速有效准确的测试芯片的衍射效率。

关键词：硅基液晶相位面型相位调制衍射效率

基于Super C Band的可调增益掺铒光纤放大器设计

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基于Super C Band的可调增益掺铒光纤放大器设计

作者：孟玉锦武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

随着网络业务流量的增长,通信业务对密集波分复用的性能要求越来越高。为了提高传输效率,传输频谱逐渐向C+L波段传输扩展,超宽C波段(Super C Band)传输应运而生,国内外多家公司都开始研制针对Super C Band传输系统的相关器件。由于互联... 详细信息

随着网络业务流量的增长,通信业务对密集波分复用的性能要求越来越高。为了提高传输效率,传输频谱逐渐向C+L波段传输扩展,超宽C波段(Super C Band)传输应运而生,国内外多家公司都开始研制针对Super C Band传输系统的相关器件。由于互联网的发展,数据中心对放大器需求逐渐多样化,需要增益带宽更宽,增益谱范围更加灵活的放大器,所以针对Super C Band的光放大研究对频谱扩展具有重要意义。针对Super C Band这一新型波段,本论文对传统掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)进行创新,在当前热门的两级泵浦放大器基础上,增加了三级泵浦机制,设计了一种在Super C Band范围内能够在入光变化的前提下调节增益的EDFA,将放大谱宽扩展了15nm,并且增加了增益调节功能,更加适用于5G传输,数据中心之间光纤通信等场合。本论文针对Super C Band EDFA主要进行了以下几个方面的工作:(1)阐述了EDFA的基本原理,以Giles模型和速率方程作为分析依据,初步分析了Super C Band放大机制。(2)利用OASIX仿真软件对MP-980掺铒光纤的泵浦波长、铒纤长度、泵浦方式、泵浦功率等参数进行分析;初步设计了三级泵浦EDFA的结构,根据EDFA评价指标对该放大器参数进行优选,得到了每级铒纤的最佳长度与泵浦功率,设计了对应的增益平坦滤波器,降低增益波动到0.1d B以下。(3)对实际器件插入损耗进行分析,调节铒纤长度,并根据实际增益谱调节泵浦电流和可调光衰减器大小,使增益谱达到设计水平。实验证实在入光处于-25d Bm～-9.8d Bm的范围内,通过调节泵浦功率与可调衰减器,都能够实现7.5d B～26d B的可调增益。

关键词： Super C Band 数据中心掺铒光纤放大器可调增益

全电介质超表面中高品质因数表面晶格共振及其应用

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全电介质超表面中高品质因数表面晶格共振及其应用

作者：王永航武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

随着科技的进步,光器件对小型化和集成化的要求越来越高。与传统的光学元件相比,二维的超表面具有独特的电磁响应特性,平面结构意味着制造工艺简单,还可以通过使用不同尺寸、不同形状的结构单元,使用不同的排列方式等,实现对光的强度、... 详细信息

随着科技的进步,光器件对小型化和集成化的要求越来越高。与传统的光学元件相比,二维的超表面具有独特的电磁响应特性,平面结构意味着制造工艺简单,还可以通过使用不同尺寸、不同形状的结构单元,使用不同的排列方式等,实现对光的强度、相位、波长和偏振等特性的调控。在纳米光学领域,超表面已经受到了人们的广泛关注。通过将纳米颗粒按一定的周期组成阵列,单个粒子的局域共振与周围粒子之间的电磁耦合会产生一种新的集体响应,这就是有着更高品质因数的表面晶格共振。与金属材料相比,介质材料在近红外甚至可见光波段具有非常低的欧姆损耗,可用于设计具有更高品质因数的光学超表面。本文基于时域有限差分法和严格耦合波分析,对全电介质超表面中的表面晶格共振进行了研究,有望在激光增强和生化传感等领域得到应用。本文主要对以下内容进行了研究:(1)提出了具有双共振峰的硅基表面晶格共振超表面结构,给出并验证了一种在不改变偏振的条件下,仅通过改变周期来调控两个共振峰位的设计思路。(2)使用时域有限差分法和严格耦合波分析仿真设计了具有给定波长的表面晶格共振超表面结构,在可见光波段的品质因数可以高达2600,分析了结构参数对其透射光谱的影响,介绍了此种超表面的微纳加工方法并制备出超表面实物。(3)搭建了用于测试超表面样品透反射光谱的光学实验测试平台,使用此测试平台对超表面实物进行了实验测试。(4)提出了一种金反射镜上的氧化锌介质超表面结构,具有16000的超高品质因数和高达15930/RIU传感性能参数,仿真结果表明,可以在气体和液体的折射率传感中得到应用。

关键词：全电介质超表面表面晶格共振瑞利异常高品质因数折射率传感

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基于液晶的太赫兹谷光子晶体可调拓扑边界态

光学学报 2024年

作者：朱徐栋陈召宪孟霞李澳李炳祥王磊胡伟陆延青南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院南京大学固体微结构物理国家重点实验室现代工程与应用科学学院

太赫兹集成光子学是太赫兹技术进一步发展和广泛应用的关键。谷光子晶体是实现集成器件的良好平台，对其动态调控需求尤为迫切。本文引入液晶，设计实现了一种拓扑边界态可调的太赫兹谷光子晶体，集中研究边界上液晶折射率变化，对传输... 详细信息

太赫兹集成光子学是太赫兹技术进一步发展和广泛应用的关键。谷光子晶体是实现集成器件的良好平台，对其动态调控需求尤为迫切。本文引入液晶，设计实现了一种拓扑边界态可调的太赫兹谷光子晶体，集中研究边界上液晶折射率变化，对传输特性的影响。未加液晶时，在0.90-1.03 THz范围内的太赫兹波都保持较高的透射率；填充液晶后，当n=1.8时，透射率曲线上边沿向低频收缩；随着液晶折射率变小，通带范围增大，受拓扑保护的边界态发生显著变化。此外，还构造了一种太赫兹波分复用器，实现了对拓扑边界态的动态调控，展示了其优异的分波特性和缺陷免疫性。研究结果对深刻理解拓扑边界态特性和太赫兹集成芯片的研发具有重要意义。

关键词：太赫兹液晶谷光子晶体可调拓扑边界态波分复用

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新颖的掺铒光纤放大器无源复合组件的研究

中国激光 1997年第8期24卷 741-744页

作者：刘水华虞国华方罗珍江山武汉邮电科学研究院固体器件研究所华中理工大学光电子工程系

报道了一种将光波分复用器与光隔离器集于一体的适用于掺铒光纤放大器的新颖复合组件。根据复合组件的性能指标对组件的结构参数进行了优化设计。实际制作的复合组件，得到泵浦光插入损耗＜０．６ｄＢ，信号光的插入损耗＜１．５ｄＢ，... 详细信息

报道了一种将光波分复用器与光隔离器集于一体的适用于掺铒光纤放大器的新颖复合组件。根据复合组件的性能指标对组件的结构参数进行了优化设计。实际制作的复合组件，得到泵浦光插入损耗＜０．６ｄＢ，信号光的插入损耗＜１．５ｄＢ，反向隔离度＞４２ｄＢ，体积为９×４５ｍｍ３。将复合组件用于掺铒光纤放大器中（前向泵浦方式）得到约３０ｄＢ的小信号增益，１０ｄＢｍ的饱和输出功率。

关键词：掺铒光纤放大器光隔离器无源复合组件

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