2018年国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项申报条件、时间、流程

2018年国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”

重点专项申报条件、时间、流程

1.硅基光子集成技术

1.1硅基发光基础理论及器件关键技术（基础前沿类）

研究内容：

开展硅基高效发光材料的设计、制备和器件研制，解决硅基光子集成技术中缺乏硅基光源这一瓶颈问题。研究硅基掺杂与缺陷调控及高效发光机理；研究硅基纳米结构高效发光材料与器件；研究硅基稀土掺杂/缺陷电致发光材料及器件；研究锗锡Ⅳ族直接带隙发光材料能带调控和相关器件；硅衬底上Ⅲ-Ⅴ族等化合物半导体材料的外延生长和激光器。

考核指标：

突破硅基高效发光材料和器件难题，研制出硅衬底上的多种激光器。设计和实现基于能带工程、掺杂工程、缺陷工程的2 种以上新结构高效硅基发光材料；硅基纳米结构高效发光器件能量转移效率>65%，外量子效率>10%；研制的硅基稀土掺杂/缺陷电致发光器件800 小时效率衰减小于25%；制备出具有直接带隙的锗锡发光材料，实现光泵和电泵激射；研制出硅衬底上Ⅲ-Ⅴ族等化合物半导体激光器，实现室温连续激射，阈值电流密度<100A/cm2，输出光功率达到mW 量级。申请发明专利20 项以上。

1.2Tb/s 级光传输用光电子器件及集成（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

研究

括高消光比的偏振旋转与偏振分合束技术、高速调制器、波分复用器、高精度90 度混频技术、宽带探测器阵列集成技术；研制光调制和接收芯片的封装和模块，包括高速驱动电路与硅基相干光调制芯片的集成技术、高速TIA 等集成电路与硅基相干光接收芯片的集成技术、相干光通信模块功能测试分析、ESD 防护性能和可靠性评估技术。研究微米量级电光调制器的结构和机理，包括电场和光场的相互作用增强机制、新型高效电光调制方法、超小型高速电光调制器的制备工艺开发及测试等。

考核指标：

研制出总容量>1Tb/s 级传输的相干光收发芯片及模块，实现高速硅光调制器、探测器、波分复用器和偏振复用器等多种功能元件的片上集成及模块化封装。封装后模块的模拟调制带宽和相干接收带宽>28GHz。收发模块误码性能、可靠性和工作温度应符合商用标准；光信号谱间隔<300GHz，进行1Tb/s 级系统传输>600km 的应用验证。制备微米量级电光调制器，调制速率>40Gb/s，调制器有源区尺寸<10μm，器件带有C 波段信号波长跟踪和锁定功能。具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利50 项以上。

1.3光接入用100G PON 核心硅基光电子器件（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

面向25/50/100G PON 光收发模块的需求，研究低损耗高消光比的

25Gb/s 硅基光调制器、高灵敏度的25Gb/s 锗硅光探测器，实现调制器、探测

器、滤波器、

锗硅光探测器、波分复用器件及技术，实现50Gb/s 收发一体化硅光集成芯片；研究高功率激光器与硅基光波导高效混合集成技术；搭建光收发模块验证测试系统，开发25/50 Gb/s PON 硅基集成光收发模块工程样品；研究硅基多通道100Gb/s PON 核心芯片及模块化封装技术。

考核指标：

实现单通道25Gb/s 硅基光收发集成芯片，其中硅基光调制器工作速率不低于28 Gb/s、插损不大于6.5 dB；锗硅光探测器工作速率不低于28 Gb/s；激光器芯片直流输出光功率不低于60mW；实现单通道50Gb/s 硅基光收发集成芯片；研制出基于硅基光电子集成芯片的25/50 Gb/s PON 光收发模块工程样品，发射光功率不低于3 dBm、接收灵敏度优于-20 dBm (BER = 1E-3)。验证硅基多通道100Gb/s PON 的方案，实现25/50 Gb/s PON 光收发模块批量生产与推广应用，申请发明专利45 项以上。

2.混合光子集成技术

2.1复合微纳体系光子器件及集成（基础前沿类）

研究内容：

研究新型复合微纳光子结构中光场模式、模式密度和模式耦合，以及复合微纳结构中自由电子-激元耦合、声子- 光子耦合所产生的物理效应及机制；研究复合微纳体系中光自旋- 动量耦合、光子拓扑态传输、非互易传输、光子-光子相互作用、光子-激子相互作用以及光场多维调控；研究同时兼备高空间分辨

率和高时间分辨能力的精密观测和表征技术；

电功能器件和超快高集成度的光子芯片技术。

考核指标：

在460nm~760nm 可见光波段和980nm~1700nm 近红外波段标准光纤到微纳光纤器件耦合效率≥90%，在1550nm 波长处自由空间单模微纳光纤与硅基集成芯片输入/输出硅基波导之间的单偏振态双向耦合效率高于50%；观测与表征技术的空间分辨率高于10nm，时间分辨率高于100fs，视场范围

1~100μm；微纳光调制与光开关时间达到皮秒量级，泵浦功率为10 kW/cm2 量级；连续光输出的微纳宽谱光源尺寸为十微米量级，波长范围覆盖

200nm~1600nm，且紫外波段调谐范围达90 nm；实现片上光源、光逻辑器件、光调制器、光开关等功能结构和器件的集成，功能器件的边缘距离为光波长量级，并进行集成芯片的功能演示验证。申请发明专利20 项以上。

2.2高迁移率CMOS 与红外光子器件混合集成芯片技术（基础前沿类）

研究内容：

研究具有高载流子迁移率且工作在红外波段的硅衬底制备技术；研究与光子器件集成的硅基高迁移率CMOS 器件制备关键技术；研究基于工作波长在

2~5μm 红外波导的探测器、调制器和激光器及其与高迁移率CMOS 器件的混合集成工艺；研究混合芯片制造关键工艺和硅光电混合芯片集成工艺以及光互连集成技术。

考核指标：

锡组份大于

时，载流子有效迁移率超过硅材料的3 倍，锗锡红外探测器2μm 波长响应度>120 mA/W，器件截止波长>2.7μm；硅基绝缘层上高迁移率CMOS 器件集成，载流子浓度为3×1012cm-3 时，沟道载流子迁移率超过硅CMOS 器件的3 倍，器件工作电压和开关比优于同等尺寸硅器件；实现至少两种8 英寸硅衬底上红外光子器件与高迁移率CMOS 器件的混合集成芯片，速率大于40 Gb/s，工作波长在25μm；红外激光器5μm 室温连续输出功率>2W、单模功率>1.5W、单模调谐范围30nm；5μm 单模激光器的室温连续工作阈值功耗<0.6W，并实现红外激光器与III-V 族MOSFET 器件集成。上述器件能够进行系统演示。申请发明专利20 项以上。

2.3面向骨干网通信应用的400GE 光收发阵列芯片研究（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

研究高功率激光器和高速调制器阵列集成芯片、高均匀性多通道波分复用芯片、高速率宽光谱高灵敏探测器阵列芯片技术；研究激光器、调制器、探测器以及波分复用芯片的单片/混合集成技术；研究400Gb/s 高线性光发射与接收集成光模块技术；研究激光器芯片波长稳定与调控技术；研究光发射与接收集成芯片与器件自校准测试和封装技术。

考核指标：

研制出光发射阵列芯片和接收阵列芯片，传输速率达到400Gb/s；单信道调制或响应带宽>25GHz；最小发射光功率>-2.8dBm/通道，接收灵敏度

<-7.1dBm

1272.55 1310.19nm，符合LR8 标准；系统演示实现>10km 单模光纤无误码传输。具备批量生产能力，实现系统示范应用，申请发明专利50 项以上。

2.4面向数据中心应用的宽带光收发集成器件及模块（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

为满足多通道大容量光互连的需求，研究4×100Gb/s 光发射与接收集成器件及模块。研究4 通道高功率单模激光器芯片技术；研究4 通道调制器芯片技术；研究4 通道探测器芯片技术；研究4×100Gb/s 光收发模块技术及系统应用。

考核指标：

波长分配1271/1291/1311/1331nm，波长精度为+/-6.5nm；调制器及探测器3dB 带宽>40GHz；激光器单元激光器出光功率不小于20mW，激光器与调制器光耦合效率>50%；收端灵敏度<-5dBm@BER 2E-4；收发模块数据传输速率400Gb/s，每通道输出功率>-2.0dBm，合波总功率>4.0dBm。4×100Gb/s 收发模块完成系统功能演示，传输距离500m 以上，消光比>3.5dB。具备批量生产能力，实现批量销售，申请发明专利55 项。

2.5面向短距离光互连应用的多模光收发芯片、器件与模块（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

研究波长

制备工艺；研究低暗电流、高响应度的850nm 波段探测器芯片设计与制备工艺；研究多模单通道25Gb/sVCSEL 驱动控制电路技术；研究多模单通道25Gb/s 和4×25Gb/s 的放大及时钟恢复电路技术；研究多模4×25Gb/s 混合集成光收发模块技术与系统应用。

考核指标：

实现25Gb/s VCSEL 芯片，工作波长840~860nm，3dB 带宽>20GHz，阈值电流<1.5mA；实现探测器芯片的接收波长达到830~870nm，3dB 带

宽>20GHz，暗电流<0.1nA，响应度>0.5A/W；实现4 通道集成化光收发模块，传输速率达到4×25.78Gb/s 或4×28.05Gb/s，可编程范围≥ 12.8mA，总功耗<1000mW；完成多模4 通道集成光收发模块在光互连中的应用演示，实现不低于100 米多模光纤传输。具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利35 项。

2.6相干光通信系统中的光发射与调控集成芯片技术（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

研究窄线宽激光器高频调制与发光特性；研究可调谐激光器波长调谐与稳定控制机制；研究集成化超窄线宽半导体激光器芯片设计与制备技术；研究高稳频窄线宽激光器与调制器混合集成技术。研究集成化宽调谐窄线宽半导体激光器芯片设计与制备技术；研究宽调谐窄线宽激光器与相干接收平衡探测器的混合集成技术。

考核指标：

高稳频窄线宽激光器频率稳定度标准方差<10-8@100s，线宽<10kHz；与双偏振双载波调制器（含驱动）实现模块化集成，调制速率不低于400 Gb/s，输出功率≥1mW。集成化可调谐窄线宽半导体激光器的线宽<50kHz，波长调谐范围≥35nm(C 波段)，输出功率≥20mW，波长调谐精度<±2.5GHz；与混频器、平衡探测器、跨阻放大器和偏振分束器等相干接收系统进行混合模块化集成。完成400Gb/s 相干光通信系统演示验证，申请发明专利20 项以上。

2.7无源光网络中的25G/100G 混合光子集成芯片及模块（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

研究面向无源光网络（PON）的高功率25G 激光器芯片技术；研究面向PON 的高灵敏度25G APD 芯片技术；研究基于混合集成技术的PON 收发组件的封装技术与工艺；实现突发接收与高效的FEC 功能，完成25/50G 或

25/100G 及以上速率PON 光模块开发与小批量生产，实现PON 网络示范应用。

考核指标：

面向PON 应用，25G 激光器芯片发射光功率≥10dBm，消光比>6dB，3dB 带宽≥21GHz；25G APD 芯片灵敏度<-26dBm（25Gb/s@BER 1E-3），3dB 带宽≥21GHz；实现基于混合集成技术的PON 收发组件的发射光功率

≥3dBm，接收灵敏度<-23dBm（25Gb/s@BER 1E-3）；实现支持平滑升级的

25/50G及以上

PON 兼容；开通一个试验局，实现批量生产与推广应用，申请发明专利35 项。

2.8面向5G 应用的光传输核心芯片与模块（共性关键技术类，拟支持两项）

研究内容：

研究宽温、高线性25Gb/s DFB 激光器芯片设计、制备与长期可靠性评价技术；研究高线性25Gb/s EML 芯片设计与制备技术；研究25Gb/s 波长可调谐激光器芯片设计与制备技术；研究单通道50Gb/s（PAM4 格式）高线性度激光器驱动、高线性度高灵敏度TIA 芯片技术、PAM4 调制与解调及非线性补偿与信号均衡等集成芯片技术；研究25Gb/s DFB 激光器宽温封装与25Gb/s EML 器件封装技术及光收发模块设计的电信号完整性、热管理技术。

考核指标：

实现高可靠性、宽温、高线性25Gb/s DFB 芯片，小信号调制带宽达到18GHz，输出光功率达到10mW，工作温度范围满足-40 +85℃，激光器进行1000 小时老化试验，光功率变化不超过1.0dB；实现C 波段25Gb/s EML 芯片的小信号调制带宽达到22GHz，输出光功率达到2mW；实现C 波段

25Gb/s 可调谐激光器芯片的小信号调制带宽达到20GHz，波长调谐范围

≥35nm；实现单通道50Gb/s (PAM4 格式) 光收发集成电路芯片，激光器驱动单元小信号调制带宽达到22GHz，PAM4 收发芯片电接口插损≥30dB；TIA 输出小信号带宽达到22GHz；研制单通道25Gb/s 宽温光收发模块与50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s 非相干调制密集波分光收发模块，宽温光模块满足工作温度

范围-40~

块满足单载波50Gb/s。完成相关器件模块在典型5G 场景下的应用演示，具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利60 项。

3.微波光子集成技术

3.1宽带无线接入微波光子芯片基础研究（基础前沿类，拟支持两项）

研究内容：

研究大功率低噪声半导体激光器及阵列芯片、宽带低半波电压电光调制器及阵列芯片以及宽带高饱和光探测器及阵列芯片；研究宽带、高精度二维微波光子波束形成芯片、频率和带宽高速可重构微波光子滤波器及阵列芯片以及宽带、高抑制比光学单边带调制芯片；研究多频段微波光子融合传输与宽带无线接入技术、微波光子多芯传输与多制式无线信号的融合接入技术以及宽带微波光子多波束技术及其无线接入技术。

考核指标：

单通道半导体激光器输出光功率≥160mW、RIN 噪声≤-160dBc/Hz，10 通道半导体激光器阵列芯片单通道输出光功率≥80mW、通道间隔200GHz、RIN 噪声≤-155dBc/Hz；电光调制器及阵列芯片调制带宽≥40GHz、半波电压≤4V；光电探测器及阵列芯片带宽≥40GHz、饱和光功率≥100mW；波束形成芯片瞬时带宽≥4GHz、延时精度≤±0.3ps、通道数4×4；可重构滤波器及阵列芯片频率调谐范围≥40GHz、射频带外抑制比≥60dB、响应时间≤100μs；单边带调制芯片频率覆盖8~40GHz、边带抑制比≥30dB。实现频段数≥2、动态范围

≥120dB?Hz2/3 的多频段微波光子融合传输；实现信道数≥8、串扰≤-20dB 的多

制式无线信号多芯传输与分配；实现波束数目≥4、瞬时带宽≥4GHz

光子多波束收发。申请发明专利30 项。

3.2光子模拟信号处理芯片基础研究（基础前沿类）

研究内容：

研究可重构光子模拟处理芯片技术，在光子集成芯片上实现微分、积分和希尔伯特变换等信号处理功能的可重构；研究光子集成芯片与微波集成电路的混合集成，研制集成化可调谐微波信号产生芯片。研究集成化宽带色散延时芯片与器件；研究超宽带线性调频信号产生的微波光子芯片；研究超宽带任意波形产生的系统集成。

考核指标：

光子模拟信号处理芯片瞬时带宽大于40GHz，信号处理功能可在微分、积分和希尔伯特变换之间切换，信号处理误差小于10%；实现芯片级可调谐光生微波源，微波信号频率覆盖范围6-18GHz，相位噪声低于-90dBc/Hz@10kHz，平坦度<3dB。集成化色散延时芯片的光谱带宽大于5nm，色散值大于100ps/nm；线性调频信号频谱覆盖10-60GHz；任意波形频谱覆盖范围10-60GHz，采样率不小于100GS/s。申请发明专利30 项。

4.集成电路与系统芯片

4.1超低功耗、高可靠和强实时微控制器芯片技术（共性关键技术类）

研究内容：

面向物联网节点超长待机和免维护的应用需求，研发超低功耗微控制器芯片；研究宽电源电压范围的片上存储器和标准单元、微瓦级数模转换器、纳

瓦级间隙式片上振荡器、宽

技术。面向工业控制应用场景下苛刻工作环境和强实时性的应用需求，研发高可靠强实时微控制器芯片；研究处理器实时处理技术、高可靠性增强及容错技术、宽温度工作范围和工业控制通信增强型总线设计技术。

考核指标：

实现一款面向物联网应用的超低功耗微控制器芯片；采用国产嵌入式低功耗CPU 核、内嵌非易失存储器NVM 和静态随机存储器SRAM、模数转换器ADC 和电源管理等电路，支持宽电源电压（0.6×VDD~1.0×VDD）工作，动态电流（CPU 核运行基准程序dhrystone）小于10μA/MHz，休眠电流（包括32kHz 晶振电路、实时时钟RTC 电路和2kB 数据保持存储器）小于

300nA，基准测试程序EEMBC ULPMark CP(3.0V)得分300 以上；基于该芯片完成云背景下的物联网示范应用。实现一款面向工业控制应用的高可靠强实时微控制器芯片；内嵌强实时处理器、支持校验和纠错的片上NVM 和SRAM、ADC 和电源转换等电路，工作主频大于200MHz，高等级事件硬件实时响应时间小于10ns，工作温度范围达到工业级标准-40℃~85℃，IEC61000-4-2标准下ESD 测试不低于2kV，基于该芯片完成智能制造/电机控制/轨道交通/车辆动力至少一款产品的示范应用。

4.2面向信息安全的动态可重构系统芯片技术（共性关键技术类）

研究内容：

面向云计算、大数据等应用场景下的高安全密码计算及非黑盒攻击问题，研发具备主动防御特性、电路随算法变化而快速变化的新型动态可重构信息安

全系统芯片；研究支持主

映射方法、软硬件协同设计机制等关键技术，研究可重构芯片的安全白片关键技术，研究采用动态局部重构技术削弱侧信道攻击的方法，研究基于可重构芯片的物理不可克隆函数设计技术，研究动态可重构芯片集成开发工具的设计技术。

考核指标：

采用28nm 或更先进工艺实现一款面向信息安全应用的高能效、高灵活和高安全的动态可重构系统芯片；该芯片支持分组、序列和杂凑等30 种以上国内外主流密码算法，支持动态局部重构和对算法簇的硅后扩展：单个算法重构时间小于100ns、配置信息量小于10kB，能量效率平均达到主流FPGA 芯片的10 倍以上；该芯片的原理图或版图中不包含算法的完整信息；在该芯片上实现AES 和SM4 等算法，采用动态局部重构等技术有效削弱侧信道攻击，相对于采用之前，抵御经典差分功耗攻击的能力至少提升2 个数量级；采用动态局部重构等技术在该芯片上实现物理不可克隆函数，有效激励响应≥2^128，内核误码率≤1E-8；完成该芯片集成开发工具的研制；基于该芯片完成面向信息安全应用的演示样机；关键技术应用于我国核心部门的信息安全装备。

4.3超高速数据率与宽带可重构射频芯片技术（共性关键技术类）

研究内容：

面向车联网、机器人等复杂物联网场景的宽带无线接入应用，研发宽带可重构射频系统集成芯片；研究工作频率和信道带宽的宽范围可重构技术，研究接收机强抗干扰技术，研究宽带高能效发射机技术，研究宽带可重构调制与

解调技术。面

射频集成芯片；研究超高数据率调制解调电路技术，研究全集成MIMO 技术，研究在片集成高效率功率放大器电路技术。

考核指标：

实现一款宽带可重构射频芯片；芯片工作频率覆盖0.4GHz~6GHz，最大瞬时信道带宽不低于20MHz，0dBm 阻塞（偏离载波20MHz 处）下的接收机噪声系数低于10dB，接收机功耗最大不超过50mW，片上集成功率放大器，发射功率不低于23dBm，发射机功耗不高于1W @23dBm 输出功率，发射机EVM 不低于30dB，支持不少于3 种通信协议的实时可重构；基于该芯片完成演示样机，并针对车联网、机器人等复杂物联网应用场景，完成演示系统。实现一款超高数据率射频集成芯片；支持256QAM 等复杂调制方式，通信峰值数据率不低于10Gbps，通信距离不低于10m；基于该芯片完成演示样机，并针对高速WiFi、虚拟现实等高速无线互连应用，完成演示系统。

4.4面向大数据传输的超高速传输互连芯片技术（共性关键技术类）

研究内容：

针对大数据、云计算和高性能计算等应用场景，研发超高速传输互连芯片；研究超高速串行传输接口PHY 物理层电路技术，研究低误码率多元幅度调制与解调电路技术，研究自适应可配置均衡电路技术；研究低抖动时钟恢复电路技术，研究低抖动时钟产生技术；研究多通道低延迟互连接口控制器设计技术，研究高可靠编解码重传技术，研究功耗节能管理与优化技术，研究BIST 回环自测试技术；研究超高速串行传输接口芯片的封装与测试验证技术。

考核指标：

实现一款应用于大数据传输的100Gbps 串行接口收发PHY 原型芯片；单Lane 收发器速率支持100Gbps，误码率≤1E-6，功耗≤2W/Lane，支持多幅度调制PAM 编码或NRZ 编码格式，支持可配置均衡功能。实现一款应用于大数据传输的超高速互连原型芯片；单Lane 链路数据率不少于50Gbps，支持2~4 路链路绑定协同传输，支持全速模式和半速模式，支持FEC 功能可配置，FEC 纠正前BER 容限不低于1E-5 量级，支持链路层重传，支持BIST 自测试功能，含PRBS31 等通用码型，支持P/N 极性倒置、Lane 反转功能，支持均衡参数的自动优化，支持功耗节能管理与控制机制；并完成面向大数据传输的超高速互连原型芯片应用演示样机。

4.5高能效人机交互芯片技术（共性关键技术类）

研究内容：

面向下一代物联网移动智能终端对人机交互的应用需求，研发高能效、高精度、高感知性、高反馈性的人机交互芯片；研究低功耗高精度压感检测电路技术，研究低功耗高精度真皮指纹检测电路技术，研究低功耗高灵敏度手势探测电路技术，研究集成多种信号传感和智能处理技术的低功耗片上系统。

考核指标：

实现高能效人机交互芯片；压感检测范围达到0~5kPa，灵敏度≥2μF/kPa，功耗≤70μW；真皮指纹检测的拒真率≤0.01%，认假率≤0.0001%，图像分辨率≥500DPI，指纹识别的响应延时≤500ms，指纹识别功耗≤40mW，待机功耗

≤10μW；

备手势唤醒功耗≤3.5μW@1FPS；基于研制芯片完成演示样机及其演示系统。

4.6高精度毫米波/太赫兹雷达与成像芯片技术（共性关键技术类）

研究内容：

面向高精度三维成像雷达应用，研发硅基高精度毫米波雷达芯片；研究毫米波频率源生成电路的低相噪技术，研究毫米波收发系统的宽带连续波调频和脉冲调制电路技术，研究毫米波功率放大器的高效率功率合成与发射技术，研究毫米波接收机的低噪声电路技术，研究毫米波收发通道隔离技术。面向生物医学成像应用或安检成像应用，研发硅基太赫兹成像阵列芯片；研究太赫兹天线阵列技术，研究太赫兹低噪声能量检测电路及其阵列技术，研究高分辨率太赫兹成像阵列技术。

考核指标：

实现一款硅基高精度雷达芯片；芯片工作频率高于100GHz，支持连续波调频、脉冲等多种雷达体制，最大带宽不低于2GHz，输出功率不低于

10dBm，接收噪声系数优于15dB @1MHz IF（FMCW 雷达体制），单片集成阵列规模不少于4 发4 收，收发通道隔离度优于25dB，功耗低于2W；基于该芯片完成三维成像雷达样机及其演示系统，距离分辨率优于0.075m，角度分辨率优于5°，探测距离不低于20 米。实现一款硅基太赫兹成像阵列芯片，接收信号频率不低于220GHz，接收机灵敏度优于45pW @1kHz 带宽，单片集成阵列规模不少于4×4，功耗低于1.5W；基于该芯片完成面向生物医学成像应用或安检成像应用的太赫兹成像样机及其演示系统，角度分辨率优于0.1°。

4.7

研究内容：

面向有源植入式医疗器械应用，研发植入式微纳集成芯片与集成系统；研究高效无线自供能与超低功耗无线寄生通信电路技术；研究高精度、超低功耗微纳传感器信号检测和微纳执行器控制电路技术；研究高精度、高能效生物电信号检测与刺激电路技术；研究小尺寸、高精度植入式压力传感器和小尺寸、低发热植入式微泵；研究满足生物相容性、气密性和GMP 认证要求的有源植入式微纳集成系统的封装、集成与制造技术；面向医学诊疗应用，研发植入式诊疗用微纳集成芯片与集成系统和植入式电生理微纳集成芯片与集成系统，并进行基于动物实验的临床应用研究。

考核指标：

实现面向有源植入式医疗器械的微纳集成芯片；采用无线供电，传输功率PDL≥10mW，传输效率PTE≥60%@10mm 植入深度，接收线圈≤20mm × 20mm × 1.5mm；无线通讯数据率≥250kbps @ 10mm 植入深度，误码率≤1E-6；微纳传感器信号检测精度≥8 比特，采样率≥20kS/s；生物电信号检测输入参考噪声rms 值≤5μV，信号带宽1Hz~1kHz；生物电刺激精度≥8 比特，最小脉宽时间≤10μs，电压型刺激覆盖范围0~7V，电流型刺激覆盖范围0~2mA；实现植入式压力传感器，压力检测范围-20~300mmHg，精度≤±1.5mmHg，瞬时功耗≤0.5mW，尺寸≤3mm×3mm×1.5mm；实现植入式微泵，无机械运动部件，无气泡产生，自发热≤1℃，尺寸≤3mm×3mm×1.5mm，驱动电压≤5V，流量

≥2μL/min；基于该芯片、压力传感器和微泵，针对青光眼等致盲性疾病的诊疗

应用，实现植入式诊疗用微纳集成系统

诊疗应用，实现植入式电生理微纳集成系统的功能样机；达到生物相容性、气密性和GMP 认证的技术要求，并完成基于动物实验等手段的功能演示。

4.8加速深度学习的新型计算架构研究（基础前沿类）

研究内容：

面向物联网节点和边缘设备低功耗智能处理的迫切需求，研发自适应重构、存内计算和数模混合的高能效深度学习处理芯片；研究可重构、可扩展的深度学习计算架构，研究精度自适应的计算单元和空间并行的单元阵列，研究支持存内计算的CMOS 静态随机存储器，研究精度可控的数模混合算术运算单元，研究片上自学习技术和计算架构，研究运算误差容忍的深度学习训练方法。

考核指标：

实现深度学习处理芯片；支持不同结构和规模的神经网络计算，卷积网络计算的等效峰值能效比≥100TOPS/W，芯片总体功耗不高于500mW；计算单元阵列峰值利用率不低于90%；支持片上存内计算，具有数据存储和卷积计算两种模式，存储器单元失效率小于1E-6；支持数模混合计算，工作电压范围0.6VDD~1.0VDD，支持PVT 校准，模拟计算引入的识别率损失不超过2%；满足主流深度学习应用的计算精度要求，针对主流图像数据集识别率达到92%以上。

4.9 随机计算新架构（基础前沿类）

研究内容：

研究面向随机计算架构的

容错性的电路功耗和硬件开销优化技术；研究在超低电压工作下随机计算电路的鲁棒性及电路-器件协同优化技术；研究面向随机计算的数据编码方式、目标函数实现方式、以及通用的电路综合工具；研发面向可容错应用的随机计算芯片；探索新兴器件在随机计算中的应用，及其与CMOS 混合集成的设计方法。

考核指标：

研制的随机计算芯片，对于典型的可容错应用，满足在电路单元错误率为1%的情况下，应用误差不超过5%；芯片能耗较传统二进制计算电路降低5 倍以上；建立通用的随机计算电路综合工具，能够实现随机序列生成器和数据通路的协同综合，能够实现与传统二进制计算模块在应用中分割协调。

5.集成电路设计方法学

5.1超低电压高精度时序分析技术（共性关键技术类）

研究内容：

针对超低电压电路时序波动大、传统静态时序分析方法难以适用的问题，研发超低电压高精度时序分析EDA 工具；研究超低电压条件下电路时序分布模型，关键时序路径的快速选取方法，关键路径的高精度仿真方法，关键路径时序良率分析方法，关键路径时序统计分析方法和电压灵敏度分析方法，以及大规模电路的时序并行化分析方法。

考核指标：

实现超低电压高精度时序分析EDA 工具；支持40nm 及以下先进工艺，电路规模≥1000 万门，支持宽幅、变工作电压的时序分析（0.6×VDD~1.1×VDD，

10 个电压节点以上，

条关键路径的延时统计分析相比6 sigma 蒙特卡洛仿真误差≤5%，速度提升

≥1000 倍；基于该工具实现应用示范，支持2 款以上超低电压芯片的设计流片。

6.器件工艺技术

6.1超陡摆幅极低功耗新原理器件及电路（基础前沿类）

研究内容：

研究基于隧穿机理的超陡亚阈摆幅新原理器件的材料与结构设计、关键工艺与集成技术，以及该新原理器件的涨落和可靠性问题；研究基于其它机理的超陡亚阈摆幅新原理器件的物理机制及工艺制备技术；研究超陡亚阈摆幅新原理器件的物理模型及其极低功耗集成电路设计技术。

考核指标：

研制出基于隧穿机理的超陡亚阈摆幅器件，工作电压<0.4V，平均亚阈摆幅<60mV/dec，电流开关比>1E-6；得到基于隧穿机理的超陡亚阈摆幅器件的涨落和可靠性的统计规律；研制出基于其他机理的超陡亚阈摆幅器件，同时满足工作电压<0.4V，最小亚阈摆幅<40mV/dec，电压回滞<10mV；建立适用于电路仿真与设计的超陡亚阈摆幅新原理器件的物理解析模型；基于超陡亚阈摆幅新原理器件实现1—2 种极低功耗集成电路，功耗较传统CMOS 集成电路降低40%以上，并在大规模集成工艺平台上实现验证。

6.2新型嵌入式阻变存储器研究（基础前沿类）

研究内容：

光电子技术的应用和发展前景

光电子技术的应用和发展前景 姓名：曾倬 学号：14021050128 专业：电子信息科学与技术 指导老师：黄晓莉

摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输 损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子 产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。

目录 （一）光电子与光电子产业概况 （二）光电子的地位与作用 （三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业 （四）国际光电子领域的发展趋势 （五）光电子的应用

（一），光电子及光电子产业概况 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。 采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一

光电子与微电子器件及集成重点专项2019年度项目申报

附件4 “光电子与微电子器件及集成”重点专项 2019年度项目申报指南 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》《2006—2020年国家信息化发展战略》提出的任务，国家重点研发计划启动实施“光电子与微电子器件及集成”重点专项（以下简称“本重点专项”）。根据本重点专项实施方案的部署，现提出2019年度项目申报指南。 本重点专项的总体目标是：发展信息传输、处理与感知的光电子与微电子集成芯片、器件与模块技术，构建全链条光电子与微电子器件研发体系，推动信息领域中的核心芯片与器件研发取得重大突破，支撑通信网络、高性能计算、物联网等应用领域的快速发展，满足国家发展战略需求。 本重点专项按照硅基光子集成技术、混合光子集成技术、微波光子集成技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工艺技术6个创新链（技术方向），共部署49个重点研究任务。专项实施周期为5年（2018—2022年）。 2019年度项目申报指南在核心光电子芯片、光电子芯片共性支撑技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工 —1—

艺技术5个技术方向启动19个研究任务，拟安排国拨总经费概算6.75亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与专项经费总额比例不低于1：1。 各研究任务要求以项目为单元整体组织申报，项目须覆盖所申报指南方向二级标题（例如：1.1）下的所有研究内容并实现对应的研究目标。除特殊说明外，拟支持项目数均为1~2项。指南任务方向“1.核心光电子芯片”和“2.光电子芯片共性支撑技术”所属任务的项目实施周期不超过3年；指南任务方向“3.集成电路与系统芯片”、“4.集成电路设计方法学”和“5.器件与工艺技术”所属任务的项目实施周期为4年。基础研究类项目，下设课题数不超过4个，参研单位总数不超过6个；共性关键技术类和应用示范类项目，下设课题数不超过5个，参与单位总数不超过10个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。 指南中“拟支持项目数为1~2项”是指：在同一研究方向下，当出现申报项目评审结果前两位评分评价相近、技术路线明显不同的情况时，可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。建立动态调整机制，第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1.核心光电子芯片 1.1多层交叉结构的光子集成芯片（基础研究类） 研究内容：聚焦基于硅基多维度交叉结构的光子集成芯片，—2—

光电子器件与技术

《光电子器件与技术》课程教学大纲 Photoelectron Apparatus and Techniques 课程代码：26105420 课程性质：专业方向理论课（选修） 适用专业：电子信息科学与技术 开课学期：6 总学时数：32 总学分数：2.0 修订年月：2006年6月 执 笔：张学习 一、课程的性质和目的 本课程为电子信息科学与技术专业的专业方向选修课，是以应用为主的工程技术基础类课程。其任务是掌握光电子器件的基本原理以及一些典型的光电子器件的工作方式，使学生系统地掌握光电子器件与技术的基本原理和基础知识，培养学生使用和分析光电子器件的能力。 二、课程教学内容及学时分配 （一）光控器件的基础 1、光电器件的物理基础； 2、激光信号调制的理论基础； 3、波导器件的理论基础和波导器件传光的基本理论。 （二）电、磁光控器件 1、空间光调制器； 2、电光调制器； 3、磁光调制器和调制器件。 （三）典型的声光控制器件 1、声光器件的控制作用； 2、声光控制器件的类型与参数； 3、声光器件的应用。 （四）无源光波导控制器件 1、波导开关器件； 2、几何光学波导器件； 3、无源光波导调制器。 （五）半导体激光器件 1、半导体激光器的特性与分类； 2、典型的半导体激光器和半导体激光器目前的发展方向与途径。 （六） 固体激光器 1、固体激光器的基本结构、关键技术； 2、新型固体激光器的应用。 本章知识点为：固体激光器的基本结构，DPSSL的特性与关键技术。 （七） 高能激光器 1、高能激光器的特性； 2、高能化学激光器和自由电子激光器。 （八） 高速光电探测器件 1、光电二极管、分离探测器的应用； 2、多元探测器及其应用和发展。 （九） 电荷耦合固体成像器件 1、CCD电荷耦合器件的工作基本原理； 2、CCD器件的特性与应用。 总学时：32，其中：理论学时32。具体分配参见下表： 序号 课 程 内 容 理论学时

常用光电子器件介绍

主要光电子器件介绍 【内容摘要】 光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，本文从几种常见的光电子器件的介绍来展示光纤通信技术的发展。 【关键词】 光纤通信光电子器件 【正文】 光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。 将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。从宏观上来看，光纤通信主要包括光纤光缆、光电子器件及光通信系统设备等三个部分，本文主要介绍几种常见的光电子器件。 1、光有源器件 1)光检测器 常见的光检测器包括：PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。目前的光检测器基本能满足了光纤传输的要求，在实际的光接收机中，光纤传来的信号及其微弱，有时只有1mW左右。为了得到较大的信号电流，人们希望灵敏度尽可能的高。 光电检测器工作时，电信号完全不延迟是不可能的，但是必须限制在一个范围之内，否则光电检测器将不能工作。随着光纤通信系统的传输速率不断提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。 由于光电检测器是在极其微弱的信号条件下工作的，而且它又处于光接收机的最前端，如果在光电变换过程中引入的噪声过大，则会使信噪比降低，影响重现原来的信号。因此，光电检测器的噪声要求很小。 另外，要求检测器的主要性能尽可能不受或者少受外界温度变化和环境变化的影响。 2)光放大器 光放大器的出现使得我们可以省去传统的长途光纤传输系统中不可缺少的光－电－光的转换过程，使得电路变得比较简单，可靠性也变高。 早在1960年激光器发明不久，人们就开始了对光放大器的研究，但是真正开始实用化的研究是在1980年以后。随着半导体激光器特性的改善，首先出现了法布里－泊罗型半导体激光放大器，接着开始了对行波式半导体激光放大器的研究。另一方面，随着光纤技术的发展，出现了光纤拉曼放大器。80年代后期，掺稀土元素的光纤放大器脱颖而出，并很快达到实用水平，应用于越洋的长途光通信系统中。 目前能用于光纤通信的光放大器主要是半导体激光放大器和掺稀土金属光纤放大器，特别是掺饵光纤放大器（EDFA）倍受青睐。1985年英国南安普顿大学首次研制成掺饵光纤，1989年以后掺饵光纤放大器的研究工作不断取得重大

石墨烯在光电子器件中的应用

石墨烯在光电子器件中的应用 摘要：石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱，以及极强的非线性光学特性。且因其卓越的光学与电学性能及其与硅基半导体工艺的兼容性，石墨烯受到了各领域学科的高度关注。本文重点综述了石墨烯在超快脉冲激光器、光调制器、光探测器、表面等离子体等光电子器件领域的应用研究进展，并对其未来发展趋势进行了进一步的分析。 关键字：石墨烯;光调制器;光探测器;超快脉冲激光器;表面等离子体; 1、前言 石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有独特的零带隙能带结构，是一种半金属薄膜材料。石墨烯不仅有特殊的二维平面结构，还有着优良的力学、热学、电学、光学性质。其机械强度很大，断裂强度比优质的钢材还要高，同时又具备良好的弹性、高效的导热性以及超强的导电性。石墨烯又是一种禁带宽度几乎为零的特殊材料，其电子迁移速率达到了1/300光速。由于石墨烯几乎是透明的，因此光的透过率可高97.7%。此外，石墨烯的加工制备可与现有的半导体CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor transistor)工艺兼容，器件的构筑、加工、集成简单易行，在新型光电器件的应用方面具有得天独厚的优势。 目前，人们已利用石墨烯开发出一系列新型光电器件，并显示出优异的性能和良好的应用前景。 2、石墨烯的基本性质 石墨烯具有独特的二维结构，并且能分解为零维富勒烯，也可以卷曲成一维碳纳米管，或堆积成为三维石墨。石墨烯力学性质高度稳定，碳原子连接比较柔韧，当施加外力时，碳原子面就会发生弯曲形变。 在理想的自由状态下，单层石墨烯并非完美的平面结构，表面不完全平整，在薄膜边缘处出现明显的波纹状褶皱，而在薄膜内部褶皱并不显，多层石墨烯边缘处的起伏幅度要比单层石墨烯稍小。这也说明了石墨烯在受到拉伸、弯曲等外力作用时仍能保持高效的力学稳定性。 在一定能量范围内,石墨烯中的电子能量与动量呈线性关系，所以电子可视为无质量的相对论粒子即狄拉克费米子。通过化学掺杂或电学调控的手段，可以有效地调节石墨烯的化学势，使得石墨烯的光学透过性由“介质态”向“金属态”转变。 石墨烯的功函数与铝的功函数相近，约为4.3eV，因此在有机光电器件中有望取代铝来做透明电极。近年来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应，证实了石墨烯是未来纳米光电器件领域极有前景的材料。 3、基于石墨烯的光调制器 3.1 直波导结构石墨烯光调制器 光学调制是改变光的一个或多个特征参数，并通过外界各种能量形式实现编码光学信号的过程。对光学调制器件的评价有调制带宽、调制深度、插入损耗、比特能耗以及器件尺寸等性能指标。大多数情况下，光在

《光电子技术》狄红卫版..

光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。 光子学也可称光电子学，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。所谓光子技术，主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用，必将促进光子产业的迅猛发展。光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子学。光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。光电子技术研究热点是在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作用。国内外正掀起一股光子学和光子产业的热潮。 1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm）发出激光的功率为2mW。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm。 求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。

集成光器件

硅基光电子集成芯片（Si OEIC） 主要应用于光通信或微电子电路的光互连。硅基光子学通过将光学器件和电子回路（IC）集成到一块普通芯片上降低了光学系统成本，或者从长远来讲，在高性能芯片中引入光学部件增强IC的性能。 我们正处在一个将电子领域和光子领域二者合为一体的黄金时期。作为电子材料，硅基微电子学已经显示出巨大的威力；现在，作为光子材料，硅基光子学将再 次发挥威力，其潜在的高性能器件和广泛应用将在硅中延伸。 用成熟的CMOS工艺，在 硅衬底上制作光学器件， 例如发射器，调制器，探 测器，波导，光纤耦合器 MUX/DEMUX等无源器件。 最终目的是在一块硅芯片 上实现CMOS IC，射频和 所有光学模块的的集成。 当然每一种集成都需耗费 大量的人力和资源进行器 件改良和工艺研究。

硅基光电子集成芯片 有源 无源：发射器：（L D ，L E D ） 调制器：（马赫泽德干涉仪） 探测器： （锗探测器） 只有I I I -V 族解决方案，硅材料目前为止显得无 能为力。芯片集成的最终可能解决方案应该是：h y b r i d S i O E I C c h i p ，即光源部分由I I I -V 族制作，并通过f l i p -c h i p 或者其他办法与硅芯片封装到一起，其他光学部分和I C 部分全部由硅工艺完成。 通过结构参数优化和工艺改进，我们已经拥有制作高速（10 G H z ）硅光学调制器的一整套设计方案和工艺集成方案，在8英寸0.13微米工艺线上，芯片成品率达到90%以上。在硅表面外延高质量单晶锗，我们可以制造出高速率，高响应度，高灵敏度的红外探测器(波段为0.8u m -1.6u m )，其性能完全可以跟市场上I I I -V 族探测器媲美。在8英寸0.13微米工艺线上，芯片成品率达到90%以上。产品形式可以有：P I N 锗探测器，锗硅雪崩二极管探测器，波导型锗探测器（集成类产品） 在硅基上已经实现，并且达到可应用的程度 主要为波导类器件，包括直波导，弯曲波导，交叉波导，滤波 器，谐振器，阵列波导光栅等等

光电子技术题库

选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且 动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好

8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.wendangku.net/doc/9d2414841.html,D 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 13.LCD显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带

异质结在光电子器件中的应用

异质结在光电子器件中的应用 在实际的光电子器件中，往往包含一个或多个异质结。这是因为异质结是由具有不同的电学性质和光学性质的半导体组成的，还可以通过适当的晶体生长技术控制异质结势垒的性状，因此异质结在扩大光电子器件的使用范围，提高光电子器件性能，控制某些特殊用途的器件等方面起到了突出的作用。在光纤通信、光信息处理等方面的具体应用如下： 1异质结光电二极管 光电二极管是利用光生伏打效应工作的器件，工作时要加上反向偏压，光照使结的空间电荷区和扩散区内产生大量的非平和载流子，这些非平衡载流子被内建电场和反向偏压电场漂移，就会形成很大的光电流。其工作特性曲线如下图所示： 图2.1 光电二极管的工作特性曲线 光电二极管往往作为光电探测器使用，此时希望它有宽的光谱响应范围和高的光电转化率。在包含有异质结的光电二极管中，宽带隙半导体成为窄带隙半导体的入射窗口，利用此窗口效应，可以使光电二极管的光谱响应范围加宽。图2.2（a）画的是由宽带隙E g1和窄带隙E g2两种半导体组成的异质结，在入射光子能量满足E g1>hv> E g2的条件下，入射光就能透过半导体1而被半导体2吸收。显然，透过谱与吸收谱的曲线重叠部分是该光电探测器的工作波段范围。图2.2（b）是同质结光电探测器响应的情况，

显然同质结的工作波段范围是很窄的。 光子能量/ev 12 E =E 入射光光子能量/ev 12E >E 入射光 （a ）（b ） 图2.2 异质结光带二极管和同质结光电二极管的光谱特性 2异质结光电晶体管 图2.3分别是InP/InGaAs 异质结光电晶体管的典型结构图和能带图。发射区由宽禁带的n 型InP 材料做成，基区和收集区由窄禁带的InGaAs 材料做成。光电晶体管工作时一般采用基区浮置的方式，以减少引线分布电容。在集电极和发射极之间加电压，使发射极对基区正向偏置，而集电极对基区反向偏置。入射光子流照在宽带发射区上，当光的波长合适时发射区基本是透明的，光在窄带区中靠近宽带一侧被吸收而产生电子-空穴对。电子被发射结的自建电场所吸引从基区向发射区漂移，而空穴将流向基区。如果光在宽带区中也部分吸收的话，电子和空穴的流动方向也是这样的。因为基区是浮置的，电子和空穴这样的流动将促使发射极的电位更负，而基区的电位更正。这相当于发射结的p-n 正向偏置更加强。也就是说，光的吸收和光生载流子的流动等效于在光电晶体管的发射结上加了一个正向的信号。从而是发射区向基区注入更多的电子。这些电子以扩散的方式通过基区到达基区和集电区的边界，被方向偏置的集电极收集成为集电极电流，从而完成放大的目的。所以，光电晶体管不但能用于检测光信号，还能将光信号转换成的电信号放大。

谈光电子器件在光纤通信中的应用

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/9d2414841.html, 谈光电子器件在光纤通信中的应用 作者：邹跃 来源：《科学与信息化》2018年第17期 摘要光纤通信的快速发展推动着光电子器件的微型化和精密化，基于此，本文通过调研，更深层次地了解光电子器件在光纤通信中的具体用途和及实现机理，进一步拓展各新型光电子器件的发展和应用。 关键词光电子器件；光通信；激光器 引言 从1966年高琨博士提出光纤通信概念至今短短51年，光纤通信发展迅猛，应用广泛，已涉及生活各个领域。尤其自李克强总理在2015年政府工作报告中提到发展智慧城市，制定“互联网+”行动计划，全面推进“三网”融合，加快建设光纤网络以来，我国的光纤通信更是达到了蓬勃发展的高度。 1 光纤通信简介 光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式，我们可以想象在这样一个以电-光-电转换的系统中，尤其是传输过程中面临能量损耗以及噪声干扰的影响，整个系统对光电子器件的精度、灵敏度和抗干扰能力的高要求。所以无论是从发射端、传输端还是到接收端，要很好地实现这样一个传输过程，光电子器件都将发挥举足轻重的作用。 2 光发射机 光发射机是实现电/光转换的光端机，是将电机端的电信号对光源发射的光信号进行调制，成为已调光波，然后将其再耦合到光纤中进行传输的组件。其中涉及的光电子器件主要有光源、光调制器。更高档的光发射机是采用双模块放大器的“AGC”型光发射机和“调制度恒定型光发射机”。 2.1 光源的选择 在选择与光纤耦合的光源时，应该充分地考虑到诸如光纤的尺寸、失真、衰减等各种客观因素的影响，所以我们在选择光源时应尽量满足光源峰值波长处于低损耗范围。目前有三个低损耗窗口：分别是850nm、1310nm、1550nm，基于这些要求，目前常用的光源有两类，一类是半导体激光器，另一类是发光二极管，它们适合于远距离传输，其输出功率可通过注入的电流来控制，已成为光纤通信光源的首选。由于半导体激光器的调制效率更高，适合长距离通信，目前发展比较快、应用相对广泛的有法布里-珀罗激光器、垂直腔面发射激光器、分布反馈半导体激光器等[1]。

GaN在光电子器件中的应用

第一章引言 GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗腐蚀能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有广阔的应用前景。 GaN是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃，GaN 具有高的电离度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。在大气压力下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个元胞中有4个原子，原子体积大约为GaAs的一半。因为其硬度高，又是一种良好的涂层保护材料。其化学稳定性和热稳定性尤其有利于制造高温器件。其物理特性，包括宽禁带、高击穿、高饱 和速度等，更有利于制造微波功率器件。更值得一提的是，由于A1 x Ga 1-x N，In x Ga 1-x N 的禁带宽度可调，是可见光、紫外线光电子器件的理想选择，工艺技术上，成功地实现了传统的低压、原子层的CVD淀积和A1GaN/InGaN的掺杂，从而获得了高质量GaN-A1GaN异质结和 A1GaN二维电子气，优良的二维电子气传输特性使其能够制造更加独特的光电子器件。 近年来，在材料生长方面的进展也很快，日本住友电气公司(SEI)已经首次生长2英寸单晶GaN衬底。同蓝宝石相比，GaN能导电，便于顶层和底层同时制作电极，节省面积;衬底和外延层的材料相同，易于解理衬底和外延层的位错少，可延长激光器的寿命。该公司计划2001年开始出售GaN材料，这种单晶的商品化不仅加快激光器的开发，而且也有利于GaN电子器件的开发。用于GaN器件的外延材料生长，经常采用MBE或者MOCVD技术。其外延材料结构大多属于六方或者立方型的晶体结构，前者生长在蓝宝石或者6H/4H SiC衬底上，当前，大多数器件采用此类衬底。

2018年国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项申报条件、时间、流程

2018年国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成” 重点专项申报条件、时间、流程 1.硅基光子集成技术 1.1硅基发光基础理论及器件关键技术（基础前沿类） 研究内容： 开展硅基高效发光材料的设计、制备和器件研制，解决硅基光子集成技术中缺乏硅基光源这一瓶颈问题。研究硅基掺杂与缺陷调控及高效发光机理；研究硅基纳米结构高效发光材料与器件；研究硅基稀土掺杂/缺陷电致发光材料及器件；研究锗锡Ⅳ族直接带隙发光材料能带调控和相关器件；硅衬底上Ⅲ-Ⅴ族等化合物半导体材料的外延生长和激光器。 考核指标： 突破硅基高效发光材料和器件难题，研制出硅衬底上的多种激光器。设计和实现基于能带工程、掺杂工程、缺陷工程的2 种以上新结构高效硅基发光材料；硅基纳米结构高效发光器件能量转移效率>65%，外量子效率>10%；研制的硅基稀土掺杂/缺陷电致发光器件800 小时效率衰减小于25%；制备出具有直接带隙的锗锡发光材料，实现光泵和电泵激射；研制出硅衬底上Ⅲ-Ⅴ族等化合物半导体激光器，实现室温连续激射，阈值电流密度<100A/cm2，输出光功率达到mW 量级。申请发明专利20 项以上。 1.2Tb/s 级光传输用光电子器件及集成（共性关键技术类，拟支持两项） 研究内容：

研究 括高消光比的偏振旋转与偏振分合束技术、高速调制器、波分复用器、高精度90 度混频技术、宽带探测器阵列集成技术；研制光调制和接收芯片的封装和模块，包括高速驱动电路与硅基相干光调制芯片的集成技术、高速TIA 等集成电路与硅基相干光接收芯片的集成技术、相干光通信模块功能测试分析、ESD 防护性能和可靠性评估技术。研究微米量级电光调制器的结构和机理，包括电场和光场的相互作用增强机制、新型高效电光调制方法、超小型高速电光调制器的制备工艺开发及测试等。 考核指标： 研制出总容量>1Tb/s 级传输的相干光收发芯片及模块，实现高速硅光调制器、探测器、波分复用器和偏振复用器等多种功能元件的片上集成及模块化封装。封装后模块的模拟调制带宽和相干接收带宽>28GHz。收发模块误码性能、可靠性和工作温度应符合商用标准；光信号谱间隔<300GHz，进行1Tb/s 级系统传输>600km 的应用验证。制备微米量级电光调制器，调制速率>40Gb/s，调制器有源区尺寸<10μm，器件带有C 波段信号波长跟踪和锁定功能。具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利50 项以上。 1.3光接入用100G PON 核心硅基光电子器件（共性关键技术类，拟支持两项） 研究内容： 面向25/50/100G PON 光收发模块的需求，研究低损耗高消光比的 25Gb/s 硅基光调制器、高灵敏度的25Gb/s 锗硅光探测器，实现调制器、探测

光电子器件

硕士研究生课程论文 （2014 —2015 学年第 1 学期） 论文题目：光电子器件在光纤通信中的应用 姓名：陈虹学号：1310110502 课程名称：光电子器件授课教师：刘山亮 学时：36 学分： 2 学院：物理科学与信息工程学院专业：通信与信息系统年级：2013级论文成绩： 基本要求 1、课程论文应包含论文题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献等内容，摘要500字左右，关键词3～5个，参考文献不少于6篇，相关专业应有一定的外文文献；全文文科应不少于5000字，理工科应不少于4000字。 2、课程论文须符合相应学科学术规范，具有一定的学术价值，凡经学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分。 3、课程论文用A4纸双面打印，左侧装订。字体全部用宋体简体，题目用小二号字加粗，标题行用小四号字加粗，正文内容用小四号字。经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体用Times New Roman，题目用18号字加粗，标题行用14号字加粗，正文内容用12号字。行距为固定值20磅，页边距左为2.5cm、右为2cm、上为2.5cm，下为2.0cm；其他格式请参照学位论文要求。

聊城大学研究生课程论文（设计）评价标准 指标评价内容 评分等级（分值）得分A B C D 选题选题是否新颖；是否有具有 较高的理论或实践价值；是 否与本门课程密切相关。 20—16 15—11 10—6 5—0 论证思路是否清晰；逻辑是否严 密；结构是否严谨；研究方 法是否得当；论证是否充 分；是否具有创新性。 20—16 15—11 10—6 5—0 文献文献资料是否翔实；是否具 有代表性；参考文献是否规 范。 20—16 15—11 10—6 5—0 规范文字表达是否准确、流畅； 数据是否真实、准确；体例 是否规范；是否符合学术道 德规范。 20—16 15—11 10—6 5—0 能力是否运用了本门课程的有 关理论知识；是否体现了科 学研究能力。 20—16 15—11 10—6 5—0 导师评语： 总成绩：导师签名： 年月日此封面A4纸正反打印

(整理)光电子器件题库.

光电子器件题目汇总 （苏政晓-LED可调光系统） 1. 2.RGB色彩模式 工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。 3.简要介绍PWM基本原理。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，也可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 4. 脉宽调制调光的优点。 （1）不会产生色谱偏移。因为LED始终工作在满幅度电流和0之间。 （2）可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度。（3）可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。 （4）即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件（升压比或降压比），更不可能发生过热问题。 （唐晓新-LED植物照明） 5.LED植物生长灯的特征？(写出5个即可) 答：（1）使用电源电压较低； （2）节能高效； （3）可发出光波较窄的单色光； （4）低发热特性的冷光源； （5）可以在极短时间内发出脉冲光,响应时间快； （6）体积小、结构紧凑、稳定性强；

（7）无污染； （8）寿命长； 6. 什么是光合有效辐射（PAR）？ 答：对植物而言，只有波长在400-700 nm 的光可用于光合作用，称为光合有效辐射(PAR) 答：A.280~315nm：对形态与生理过程的影响很大； B.315~400nm：叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长； C.400~520nm（蓝）：叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大； D.520~610nm（绿）：色素的吸收率很高； E.610~720nm（红）：叶绿素吸收率高，对光合作用与光周期效无显著影响； F.720~1000nm：吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽；＞1000nm ：转换成为热量。 （戴山彪射频） 9. RFID的工作原理 RFID阅读器向一定范围发射射频信号, 当RFID标签进入阅读器的射频场后, 标签天线就会获得感应电流, 从而为RFID 芯片提供能量, 芯片就会通过内置天

集成光学器件

一、光纤陀螺用集成光学芯片（Y波导调制器） 1.1 芯片结构： 1.2 工作原理： 光纤陀螺用Y波导集成光学器件在光纤陀螺系统中作信号处理用，经光源发出的光由器件的Y分支波导分成两束光，分别沿顺时针和逆时针方向通过光纤线圈后，又由Y分支波导合束为一束光，最后达光电探测器。当线圈静止不动时，两束光到达Y 分支合束器时的光相位相等，当线圈转动时，两束光之间将产生一个与线圈转速成比例的相位差，即塞格纳克效应。在推挽电极上上施加调制电压，利用衬底材料的电光效应改变光波导的折射率，从而改变两束光在光波导中传播的光程，引入一个相位差，补偿效应，于是通过外加调制信号可以检测相位差，从而检测光纤线圈的转速。 1.3 应用领域： 用于飞机、轮船、导弹、汽车等运动物体姿态控制的光纤陀螺系统中； 电流传感系统中，利用法拉第效应测量通过光纤环路的电流大小。

1.5 产品实物图与外形尺寸： 1.6 使用方法与注意事项 a 该器件工作于单偏振状态，入光的偏振态必须与器件保持一致。 b为了防止器件的电损伤，调制器的电极电压应低于30V。 c 注意事项 d 光纤施力过大易断裂,不宜拉扯,扭折,弯曲半径不得小于30mm。 e 管壳与光纤间不允许施加过大应力。使用时,应同时拿起管壳与光纤,切勿使管壳与光纤交接处发生弯曲,以防光纤断裂影响器件性能。 f 存储器件环境湿度低于50%,且不含有对器件有害的材料。 g 应避免使器件承受强烈的热冲击,避免使器件受热不均匀。 h 光纤连接回路的连接处应避免施加应力。 1.7 发展方向： 进一步降低损耗（≤4dB（典型值 3.5dB），拓宽工作温度到-65?C~+85?C，提高批量化生产能力达5000只／年。提高集成度：在同一芯片上制作多个Y波导调制器。 1.8 特点：

光电子材料与器件

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 《光电子材料与器件》是一门专业选修课，适合于材料化学及高分子材料与工程等专业。本课程的目的是通过课程学习，加强学生对光电相关技术领域所涉及材料的感性认识，拓展学生的视野。使学生了解并掌握常用光电子材料的制备方法、结构和性能，了解并掌握典型的光电子器件的工作原理、结构特点和应用领域，初步掌握根据光电子器件的性能需求选择和设计光电子材料。为今后从事的工作打下基础。 2.设计思路： 本课程以光电子材料与器件理论知识学习为主线，结合染料敏化太阳能电池及量子点敏化太阳能电池的实验组装测试课程训练的方式进行，使同学们将掌握的光电子材料与器件的理论知识和实际器件的应用联系起来，培养学生从实际应用的角度分析问题的思维能力，使其具有初步设计光电子器件及解决实际问题的能力。课程内容包括光催化剂、染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、光电检测技术和方法。 《光电子材料与器件》课程应着重介绍光电子材料的制备方法、结构与性能，光电子器件的工作原理、结构特点与应用领域。目的是使学生掌握常见光电子材料的光 - 4 -

致激发原理、性能及一般应用，了解典型光电子器件的工作机理和特点，理解光学中一些基本单位，掌握常用光电子器件的特性、结构和使用范围。教学重点放在各类光电子材料及器件的结构特点和作用机理上，了解其结构与器件性能之间的关系。培养过程中重视理论与实际应用的结合，突出应用性较强的内容。 3. 课程与其他课程的关系： 本课程是材料化学和高分子材料与工程专业本科生的专业选修课，是材料科学基础与物理化学等课程后续课程，修读本课程的学生需要学习过材料科学基础与物理化学课程。 二、课程目标 本课程目标是为专业基础知识与实际生产相结合提供方法和过程，培养学生的工程认识和工程设计能力，到课程结束时，学生应能： （1）对光电子材料及器件在能源及工程领域的应用有初步认识。 （2）掌握光电子材料与器件的类型、合成及应用的基本理论和基本知识。并具有初步根据光电子器件的性能需求选择和设计光电子材料及解决实际问题的能力。 （3）提高学生工程意识以及分析问题和解决问题的能力，为今后从事的科研和生产工作打下坚实的基础。 三、学习要求 要完成所有的课程任务，学生必须： （1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论、作业典型案例分析。本课程将包含较多的课下作业、讨论、小组作业展示等课堂活动。 （2）保质保量的按时完成课下作业。这些作业要求学生按书面形式提交，只有按时提交作业，才能掌握课程所要求的内容。延期提交作业需要提前得到任课教师的许可。 - 4 -

光电子与微电子器件及集成重点专项2018年度项目申报指南

附件2 “光电子与微电子器件及集成”重点专项 2018年度项目申报指南 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》提出的任务，国家重点研发计划启动实施“光电子与微电子器件及集成”重点专项。根据本重点专项实施方案的部署，现提出2018年度项目申报指南。 本重点专项总体目标是：发展信息传输、处理与感知的光电子与微电子集成芯片、器件与模块技术，构建全链条光电子与微电子器件研发体系，推动信息领域中的核心芯片与器件研发取得重大突破，改变我国网络信息领域中的核心元器件受制于人的被动局面，支撑通信网络、高性能计算、物联网与智慧城市等应用领域的自主可控发展，满足国家发展战略需求。 本重点专项按照硅基光子集成技术、混合光子集成技术、微波光子集成技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工艺技术6个创新链（技术方向），共部署49个重点研究任务。专项实施周期为5年（2018—2022年）。 2018年，在6个技术方向启动26个研究任务，拟支持35—52个项目，拟安排国拨经费总概算为6.5亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与国拨经费总额比例不低于1:1。 —1—

项目申报统一按指南二级标题（如1.1）的研究方向进行。除特殊说明外，拟支持项目数均为1—2项。项目实施周期不超过4年。申报项目的研究内容须涵盖该二级标题下指南所列的全部内容和考核指标。基础前沿类、共性关键技术类项目的参研单位总数不超过10个，应用示范类项目的参研单位总数不超过15个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。 指南中“拟支持项目数为1—2项”是指：在同一研究任务下，当出现申报项目评审结果前两位评分相近、技术路线明显不同的情况时，将同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1.硅基光子集成技术 1.1硅基发光基础理论及器件关键技术（基础前沿类） 研究内容：开展硅基高效发光材料的设计、制备和器件研制，解决硅基光子集成技术中缺乏硅基光源这一瓶颈问题。研究硅基掺杂与缺陷调控及高效发光机理；研究硅基纳米结构高效发光材料与器件；研究硅基稀土掺杂/缺陷电致发光材料及器件；研究锗锡Ⅳ族直接带隙发光材料能带调控和相关器件；硅衬底上Ⅲ-Ⅴ族等化合物半导体材料的外延生长和激光器。 考核指标：突破硅基高效发光材料和器件难题，研制出硅衬—2—

光电子器件及其应用剖析

第八章光电子器件及其应用 光电子技术应用广泛，现在已经渗入现代科技和生活的各个领域。光电子技术的核心是光电子器件，它 1．发光二极管的作用发光二极管（LED）是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发光。图4-21是共电路图形符号。 发光二极管也与普通二极管一样由PN结构成，也具有单向导 电性。它广泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中、作电 源指示或电平指示。 2．发光二极管的分类发光二极管有多种分 类方法。 按其使用材料可分为磷化镓(GaP)发光二极 管、磷砷化镓(GaAsP)发光二极管、砷化镓(GaAs) 发光二极管、磷铟砷化镓(GaAsInP)发光二极管和 砷铝化镓(GaAlAs)发光二极管等多种。 按其封装结构及封装形式除可分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装和无引线表面封装外，还可分为加色散射封装（D）、无色散射封装（W）、有色透明封装（C）和无色透明封装（T）。 按其封装外形可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种，图4-22为几种发光二极管的外形。

塑封发光二极管按管体颜色又分为红色、琥珀色、黄色、橙色、浅蓝色、绿色、黑色、白色、透明无色等多种。而圆形发光二极管的外径从￠2~￠20mm，分为多种规格。 按发光二极管的发光颜色又可人发为有色光和红外光。有色光又分为红色光、黄色光、橙色光、绿色光等。 另外，发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。 3．普通单色发光二极管普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。 图4-23是普通发光二极管的应用电路。

集成光电子学的现状与发展前景分析

集成光电子学的现状与分析 摘要 集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，随着光电子器件的发展与广泛应用，光电子集成也随即发展起来。而光电子集成也是光子学发展的必由之路和高级阶段。本论文将主要介绍光电集成器件、光电集成材料以及光电集成技术的发展现状及其前景。 关键词：光电子器件、光电子集成（OEIC）技术、OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件、光中继器件、GaAs光电子集成技术、InP光电子集成技术、硅基光电子集成技术。 一、引言 集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，它主要研究集成在一个平面上的光电子学器件和光电子系统的理论、技术与应用，是光子学发展的必由之路和高级阶段。集成光电子学以半导体激光器等光电子元件为核心集成起来，并以具有一定功能的体系为标志。目前，主要是研究和开发光通信、光传感、光学信息处理和光子计算机所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和光电子集成体系(OEIC: optical-electronic integrated circuit)；光学器件与电子器件集成在一起，则构成复合光电子集成体系。光电子集成（OEIC）技术和光子集成技术是光电子技术的基础，自从20世纪光电子集成的概念被提出以后，光电子集成技术的发展已经取得了一系列重大的突破。随着光电子集成器件的发展，其制造工艺不断向着简约化、标准化、系列化和自动化发展。集成光电子学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学和、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学和光电子学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光电子学的应用领域非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还在向其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等方面渗透。 二、典型的光电子器件简介[1] 1、有源器件 1)半导体发光二级管LED（lighting emitting diode） 早期的光纤通讯使用过LED作为光源。现在LED仍然广泛应用于许多领域，如大屏幕显示、交通指示灯等等。LED是基于半导体有源区材料自发辐射的光源，结构简单，制作方便，但是频谱很宽，且光束方向性差，功率小。 2)半导体激光器LD（laser diode） 发展到今天，半导体激光器已经成为光纤通信系统的必选光源。它具有很多优势：体积小，功率转换效率高，激光单色性好，调制速度高。半导体激光器波长目前已经覆盖了从360nm到几十um的范围。半导体激光器的基本结构如图1。 3)半导体光放大器SOA SOA的结构几乎和LD相同，其本质区别在于SOA的两个端面都是完全抗反镀膜，即SOA 没有谐振腔。由于不存在光的端面反馈，所以光在器件中以行波方式通过。SOA可用于宽带放大，3dB带宽可达40—50nm。虽然掺饵光纤放大器的出现限制了SOA的应用，但是SOA 仍具有很强的优势：体积小，价格便宜，宽带放大，可用于制作光开关及列阵等。 4)半导体光调制器 半导体光调制器可分为强度调制器件和相位调制器件。由于目前光纤调制系统主要采用