黄庆忠

本课题旨在探索用硅光子集成技术实现光学比特存储的方法与途径，光学比特存储是可调节光延时的未来发展方向，具有重要的研究价值，是一个前瞻性较强的研究领域。课题开展期间，研究工作基本按计划实施，我们在建立光学比特存储器物理模型方面，在关键工艺开发与优化方面，在研制基于微腔的硅基高速光开关，双通带的硅基微腔滤波器，及应用PbS量子点材料等方面，均取得重要的研究进展。

硅波导本身是无源的，增益补偿要通过包层中的有源介质引入，如采用掺铒氧化硅和PbS量子点方式，通过光泵浦产生光学放大。理论研究了铒离子浓度或PbS量子点浓度、包层厚度、无源波导尺寸对光增益产生的影响，并讨论了铒镱共掺对光增益的增强作用。研究了硅波导中双光子吸收效应与伴生的热光效应和等离子色散效应，及其对全光开关响应的影响，确定了输入光功率及微环结构对光吸收和波导有效折射率改变的定量关系，设计并优化了覆盖掺铒氧化硅或PbS量子点的串联双环结构。

电子束光刻、ICP刻蚀与键合或旋涂有源材料是研制光学比特存储的关键技术，为获得高精度的线条，对电子束光刻做了大量摸索和参数优化，较好地解决了邻近效应、写场拼接等问题，获得了理想的掩膜图形。为提高侧壁光滑度，降低波导传输损耗，采用C4F8和SF6刻蚀硅，并探索用HBr作刻蚀气体，得到光滑陡直的波导侧壁。量子点可溶解于有机溶剂，可旋涂覆盖在波导上，这比键合技术更易实现。在泵浦光照射下，实验观察到PbS量子点的光致荧光，峰值波长随旋涂速度的增大而蓝移。

高速光开关是光学比特存储的重要构成部分。采用微盘谐振器和电注入结构，探究了微腔式光开关的性质，研究了器件串扰、插入损耗、开关时间与损耗与耦合效率的内在关系。实验制出基于微盘的硅基高速光开关，工作电压为1.0V，功耗为0.46mW，开关时间仅为~2ns，成果发表在Applied Physics B 2011,Vol.105, pp.353-361。比特存储器的无源部分是一个双带滤波器，首次提出一种基于单个微盘的双带滤波器，建立了描述双模微盘的解析模型，并研制出硅基双带滤波器，其光隔离度超过20dB，而插入损耗则小于2dB，实验与理论模型符合很好，成果发表在Optics Letters 2011, Vol.36, Issue 23, pp. 4494-4496。