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超小型硅基光子集成滤波器的应用开发

  超小型硅基光子集成滤波器的应用开发

       光学滤波器是光传感、光通信、能源等领域的一个基本组件,如它可用于增强光的透过率从而改善太阳能电池的工作效率,也可以用于阻挡高强度的太空辐射对通信卫星工作性能的影响。这些实际应用都要求未来的光学滤波器具有小型化、高灵敏度、低造价、低功耗及易于大批量生产等新特点。然目前市场上商用的光学滤波器大部分是基于光纤型,如Bragg光栅滤波器,和薄膜型及法布里-珀罗腔型的。对于前者,即光纤型,存在弯曲损耗将随封装尺寸减小而指数上升的瓶颈问题,从而无法实现小型化、高集成的新要求。而对于后者,它们基于多层干涉原理,尽管在尺度和量化生产上可以满足新特点,但它们对每层参数如折射率、均匀度和厚度都有严格的要求,均存在结构设计复杂,制作复杂度高,允许的制作容差很小。例如,用于密集波分复用通信系统(DWDM)的窄带薄膜滤波器,一般需要沉积一百多层薄膜,无疑对精确的制作技术提出了巨大挑战,从而增加了制作成本。开发设计具有上述新特点的光学滤波器已经成为当前国际产学界的一个研究热点。

光子晶体,也叫光子带隙材料,是一种新型的人造周期性介电结构,类似于电子的半导体材料,它是“光子的半导体结构”。它为光的传播和辐射提供了全新的控制方式,如可以很好的抑制和增强自发辐射,从而增强了光子与物质间的相互作用,进一步降低了能耗。光子晶体的出现使信息处理技术的“全光子化”和光子技术的微型化、低廉化与集成化成为可能,而这一切又将大大改善人们的物质生活,比如享受物美价廉的FTTH服务、清洁高效的太阳能电池。自从1987年提出以来,其已引起了国际广泛兴趣。当今成熟的半导体制作工艺,已使得制作二维光子晶体平板波导器件相对容易。此外,硅基光子集成器件易于与传统的电子集成电路实现有效光电集成。

       因此,本项目中,我们将基于纳米硅基材料及光集成技术,开发设计高性价比的超小型光滤波器。其开发成功后,将可以很好地运用到上述光传感、光通信、能源等领域。比如应用于生物芯片的设计。这种新型生物传感器,与传统的生物传感器相较,结构设计简单,尺寸小,灵敏度高,无需定标,可以通过成熟的半导体技术批量制作。我们相信其将在光纤通信、光传感、化学成分检测、食品安全、环保检测及提高能源效率等领域具有广泛的应用前景。

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