项目名称: 基于新型硅基波导结构的中红外波段频谱变换研究

项目编号: No.61475138

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 高士明

作者单位: 浙江大学

项目金额: 78万元

中文摘要: 2-5μm的中红外波段在空间光通信、激光雷达、激光制导、遥感等方面具有巨大应用潜力,但目前中红外光学技术和器件还不成熟,特别是集成型中红外光子器件基本空白。作为中红外波段和通信波段的桥梁,中红外频谱变换是借助通信波段的成熟技术发展中红外波段器件和应用的核心关键技术。本项目以高性能硅基集成型中红外频谱变换为目标,设计研制新型的硅基波导结构并实验实现中红外频谱变换:从耦合波理论出发,考虑中红外波段硅基波导中的特有效应建立中红外频谱变换的理论模型;选择氧化铝等新衬底、设计新型波导结构降低传输损耗,结合石墨烯、金属、聚合物等新材料设计硅基复合波导结构提升变换效率和带宽等特性;基于硅基波导实验实现中红外频谱变换,并验证中红外波段及其与通信波段之间的数据交换。本项目将是国内对硅基中红外频谱变换的首次探索,可望为中红外波段的硅基片上光子器件的研制奠定坚实基础,对开展中红外波段的各种应用具有重要意义。

中文关键词: 频谱变换;中红外波段;四波混频;硅基波导

英文摘要: Mid-infrared band within 2-5 μm has huge potentials to free-space optical communications, laser radar, laser guidance, and remote sensing. However, photonic technologies and devices in this band are very limited. In particular, the integrated mid-infrared photonic devices are almost blank. As the bridge of the mid-infrared band and the telecommunication band, mid-infrared spectral conversion is considered as the basic key technology to develop mid-infrared devices and applications using the mature technologies in the telecommunication band. Targeting to high-performance silicon-based mid-infrared spectral conversion, we will design and fabricate novel silicon-based waveguide structures and use them to realize mid-infrared spectral conversion. From the coupled wave theory, the theoretical model of mid-infrared spectral conversion will be established by considering special effects in silicon waveguides in this band. Novel silicon-based waveguide structures with new substrates such as sapphire for low propagation loss, and silicon-based composite waveguide structures, incorporating novel materials such as graphene, metals, and polymers, for high efficiency and broad bandwidth will be designed and fabricated. Also, mid-infrared spectral conversion will be experimentally demonstrated by using the designed silicon-based waveguides, and intra-band and inter-band data exchanges will be further realized. These investigations will be the first exploration on the silicon-based mid-infrared spectral conversion in our country. They will lay a firm foundation for the development of the silicon on-chip photonic devices in the mid-infrared band and be of great significance for various mid-infrared applications.

英文关键词: Spectral conversion;Mid-infrared band;Four-wave mixing;Silicon-based waveguide

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