2016年硅光子领域新进展及发展趋势 硅光子技术是基于硅材料，利用现有CMOS工艺进行光器件的开发和集成的新一代技术，在光通信，数据中心，超级计算以及生物，国防，AR/VR技术，智能汽车与无人机等许多领域将扮演极其关键的角色。美欧等国在硅光子领域已经有十多年的投入和积累，并业已形成了产业优势。Light Counting的测，仅硅光子在光通信领域的产品市场五年内就将达到10亿美元以上。未来一二十年内，硅光子技术的市场更将远远超过这一数字。有专家认为，现在市场上虽然硅光子的商用产品还不多，但是很可能厂商只是在等待别人先发布或是在评估不同的技术。现在只是爆发前的静默期。以下为2016年以来，硅光子领域的一些进展情况：1、Ciena收购Tera Xion磷化铟和硅光子资产 2016年1月，Ciena公司和私有企业Tera Xion表示双方已经达成了一项协议，即Ciena将收购这家加拿大公司的高速电子元器件（High-Speed Photonics Components，HSPC）资产。Ciena 将支付大约4660万加元（约3200万美元）收购以下资产，包括磷化铟和硅光子技术以及潜在的知识产权（IP）。 Tera Xion在光网络市场最初是以其可调色散补偿器闻名。2013年，Tera Xion通过收购COGO Optronics的调制器资产跨足相干接收机和调制器领域。在该领域，Tera Xion开发出400Gbps 应用的磷化铟调制器。Tera Xion还开始发展硅光子；在ECOC2015展会上，该公司发表了一篇论文，表示它正在开发一款基于硅光子的针对PAM4传输的调制器。 对于这些模块，Ciena未透露是否有所规划。Ciena发言人Nicole Anderson在回复Lightwave 的一封邮件咨询时表示：“对于如何应用我们收购的这些资产，目前还没有细节。简单来说，这是一次战略性收购，是为了更好的掌控我们的WaveLogic芯片组，增强我们在调制格式能力方面的灵活性，以便公司继续展示从数据中心互连到跨太平洋海底链接等全方位应用方面的领先的性价比。” 与此同时，TeraXion总裁兼CEO Alain-Jacques Simard表示，出售HSPC资产只是让公司变回一家在色散补偿和各种滤波技术方面的专业公司。公司还将在光纤激光器和光传感应用方面保持活跃。 2、NeoPhotonics推出硅光子QSFP28光模块激光器 光学组件和模块供应商NeoPotonics宣布，推出了基于硅光子QSFP28组件的1310纳米和1550纳米大功率激光器以及激光器阵列。 NeoPotonics表示，该非制冷激光器和阵列将应用于数据中心光收发器。包括基于各种多源协议（MSAs）的光模块，例如CWDM4、CLR4以及PSM-4等。每种多源协议（MSAs）都需要磷化铟DFB激光器的支持。 该激光器支持的功率为40mW至60mW，温度范围也较广。 NeoPotonics表示已经与全球服务器和存储端到端连接解决方案的领先供应商Mellanox Technologies合作，共同开发能通过倒装芯片技术粘合至Mellanox公司光学引擎的激光器阵列。最终研发出了一款高容量、低成本电子式100G PSM4光模块组件。 3、Mellanox发布首个200Gb/s硅光子设备 世界领先的高性能计算、数据中心端到端互连方案提供商Mellanox在OFC 2016（美国光纤通讯展览会）上展示了全新的50Gb/s硅光子调制器和探测器。它们是Mellanox LinkX系列200Gb/s和400Gb/s电缆和收发器中的关键组件。本次展示的突破性成果对于InfiniBand和以太网互连基础设施具有里程碑意义，让端到端的HDR 200Gb/s解决方案成为可能。Mellanox公司商务拓展和互连产品部执行副总裁Amir Prescher表示：“硅光子技术是200Gb/s InfiniBand和以太网网络的使能技术。QSFP56模块可将下一代交换机的前置面板密度提升一
中国硅光子行业和硅光子技术发展分析 报告2017 研究报告 Economic And Market Analysis China Industy Research Report 2018 zhongbangshuju
前言 “重磅数据”行业分析报告主要涵盖范围 “重磅数据”研究报告主要涵盖行业发展环境，行业竞争格局和企业竞争分析，市场规模和市场结构，产品的生命周期，行业技术总体情况，主要领先企业的介绍和分析以及未来发展趋势等。 ”重磅数据“企业数据收集解决方案 ”重磅数据“平台解决方案自身数据库包含上中下游产业链数据资料。能够有效地满足不同纬度，不同部门的情报收集和整理。依据客户需求，搭建属于企业自身的知识关系图谱，打通上、中、下游的数据信息服务，一站式采集到所需要的全部数据服务。可以满足不论是企业、个人还是高校或者研究机构在不同层面需求。 关于我们 ”重磅数据”是基于知识关系挖掘的大数据工具，拥有关于企业、行业与专业研究机构的最完整的全球商业信息解决方案，帮助您在有限时间内获取最全面的商业资讯。提供全球超过500个行业的15000篇细分研究行业分析报告，用户均可获取相关企业、行业与企业决策者的重要信息。在有限时间内获取有价值的商业信息。
目录 第一节数据中心内部光进铜退需求迫切 (6) 一、数据流量以极快速度增长 (6) 二、芯片层面光进铜退成为必然 (8) 三、硅光子技术有望成为颠覆 (10) 第二节硅光子行业爆发将即 (12) 一、硅光子技术进入集成应用阶段 (12) 二、激光器和功耗方面进展为商用奠定基础 (14) 三、Intel 技术规划显示硅光子行业每3 年性能提升8 倍 (17) 四、预计硅光子行业两年左右可能迎来爆发 (17) 第三节硅光子技术将对光通信产业进行重塑 (19) 一、行业初步发展期，没有形成完整竞争格局 (19) 二、行业电子属性越来越强 (20) 三、下游应用端厂商切入研发制造环节 (21) 第四节行业领先公司布局 (21) 一、Intel ：8 月宣布100G 硅光子模组正式投入商用 (21) 二、IBM：硅光子成为超级计算研究方向之一 (23) 三、Acacia：2016Q3 营收达1.35 亿美元，保持高速增长 (25) 四、华为：收购Caliopa 切入硅光子技术研发 (27) 五、其他公司成果 (28) 第五节市场空间 (29) 第六节投资建议 (30)
摘要：本文介绍了光纤传感器与传统传感器的优点及传光、传感型光纤传感器的原理。之后 讲述了光纤传感器的分类及其特点，最后重点讲述了光纤传感器的应用，主要有在结构工程 检测方面、在桥梁检测方面、在岩土力学与工程方面、在食品工业中、军事技术。 关键字：光纤传感器原理军工应用工程检测 Abstract: This paper mainly introduces the advantages of the optical fiber sensor and the traditional sensor as well as the principles of the optical fiber sensor, including the type of light and the type of sensor. Besides, it describes the classification and features of the optical fiber sensor. At last, the paper focuses on the application of the optical fiber sensor, mainly in the aspects of structural engineering detection, bridge detection, rock-soil mechanics and engineering, food industry and military technology. Keywords: the optical fiber sensor; principle; military application; engineering detection 1.引言 光纤传感技术的发展始于20世纪70年代，是光电技术发展最活跃的分支之一[1]。近年来传感器产品收益日益增大，传感技术已成为衡量一个国家科学技术的重要标志。光纤传感器与传统的各类传感器相比，可用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，电绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，便于与计算机联接。因此光纤传感技术发展迅速，种类多样，被测物里量达70多种。基于相位调制的高精度、大动态光纤传感器也越来越受到重视，光纤光栅、多路复用技术、阵列复用技术使光纤传感器的应用范围和规模大幅度提高，分布式光纤传感器和智能结构更是当今的研究热点[2]。 2.原理 光纤传感器主要由光源、光纤、敏感元件、光电探测器和信号处理系统等部分组成，如图 1 所示[3]。由光源发出的光经光纤引导至敏感元件，光的某一性质在这里受到被测量调制，已调光经接收光纤耦合到光电探测器，使光信号变为电信号，最后经信号处理系统处理得到被测量。
会 员 委 班 金 习 基 讲 学 理 科 物 然 验 自 实 家 部 国 学 理 数
硅基光子学的新进展
Recent Progresses of Si-Based Photonics SiSi-Based
Three Major Inventions in Optics
Laser Laser Low-loss Optical Fiber Low-loss Optical Fiber Semiconductor photonic Devices Semiconductor photonic Devices
余 金 中
Jinzhong YU
Three “T” of Information Society “T” 信息社会中的三“T” 信息社会中的三“T”
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences P. O. Box 912, Beijing 100083, CHINA E-mail: jzyu@https://www.doczj.com/doc/63525190.html,
12 “T”: tera (1012 ) 1. Calculation rate of computer 计算机计算速度 1T bit/sec. 2. Transmission rate of optical fiber communication 光纤通信传输速度 1T bit/sec. 3. Recordation density of optical disc 2 光盘记录密度 1T bit/inch2
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OUTLINE
Moore’s Law Moore’s
Itanium? 2 Processor Itanium? 2 Processor Itanium?
1. Introduction 2. Si-based light emitter
Microprocessor transistor count
Source: Intel Source: Intel
1,000,000,000 1,000,000,000
a. Stimulated emission from Si nanostructure b. CW Raman Si Laser a. SiGe/Si MQW RCE photodetector b. SOI-based InGaAs photodetector a. Optical modulator b. Optical filter c. Optical switch
100,000,000 100,000,000 10,000,000 10,000,000
3. Si-based photodetector
Pentium? III Processor Pentium? III Processor Pentium?
Pentium? 4 Pentium? 4 Pentium? Processor Processor
Pentium? Processor Pentium? Processor Pentium?
Pentium? II Processor Pentium? II Processor Pentium?
386? Processor 386? Processor 386?
486? DX Processor 486? DX Processor 486?
1,000,000 1,000,000 100,000 100,000 10,000 10,000 1,000 1,000
4. SOI optical wave guiding devices
8086 8086
286 286
4004 4004
8080 8080
8008 8008
5. Summary
1970 1970
1980 1980
1990 1990
2000 2000
2010 2010
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nd ~ 1 Billion transistors by 2nd half of decade
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光子学
Tree Feature Sizes of Moore’s Law Moore’s
从物理学的角度看，光子学是研究光子的产生和运动特 性、光子同物质的相互作用及其应用的一门前沿学科。 从工程技术的角度看，光子学是研究作为信息和能量载体 所赋予的特性、运动行为及其应用的一门工程技术。
信息光子学
固体光子学
在信息领域，将光子看作信息载体，研究光子的产生和运 动特性，这种专门研究光子的信息功能和应用的新型科学 便是信息光子学。 专门以固体材料为介质，研究光子载体在固体介质中的产 生、运动、控制、操作，研究光子同固体物质的相互作用 及其应用，这种专门研究固体中的光子性能的新型科学便 是固体光子学。
半导体光子学:以半导体材料为介质的光子学。研 究半导体中光的产生、传输、控制和探测特性。
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第一章 激光基本原理 本章介绍激光最基本的原理，包括光量子的起源和激光的基本物理过程和基本特性。 第一节 光量子起源 光量子也称为光子（photon ），和牛顿力学质点概念类似，光子具有能量和 动量方面的特性，其含义是频率为ν、传播矢量为k 单色光波，其能量和动量是 某一个值的整数倍，能量最小值正比于光频率，动量最小值正比于波矢： k p h ==νε （1.1-1） 其中π2/,/10626.634h s J h =?=- ，称为普朗克（Planck ）常数。但光量子和牛顿力学的粒子有本质区别。牛顿力学的粒子被理解为一个体积为零的质点；光量子有区别于牛顿力学的、多方面的量子力学特性，例如能量不连续、测不准特性、非局域特性等特点。 在量子力学建立之前，已经建立了麦克斯韦方程组的电磁场理论。光波已经普遍被认为是频率很高的电磁波，其性质和微波以及其它电磁波是一样的，都满足麦克斯韦方程组。按照麦克斯韦方程组，电磁波的能量密度只与电场和磁场振幅有关： 20202 121H E W με+= （1.1-2） 光子能量和麦克斯韦方程组所导出能量密度差别很大，什么原因使人们愿意接受光量子概念而放弃电磁场理论呢？ 本节将介绍导致光量子概念的最早三个实验：黑体辐射、光电效应和康普顿散射。 1.1.1 黑体辐射 所谓黑体（Blank body ）是一种假想的物体，这种物体能够完全吸收所有波长电磁辐射。现实中并不存在这样的物体，相对于黑体，其它物体称为灰体（grey body ）。但可以构造一种结构，在一定程度上模拟黑体。这种结构如图（1－1）所示，是壁上开一个小孔的空心腔体。当波长远小于小孔口径的电磁波入射到空腔中时，在腔壁上多次反射后几乎全部被腔体吸收，再次从小孔反射出腔体的几率非常小。所以这样一个空腔黑体近似为黑体。设想这样一个装置置于环境中，由于周围都有环境光， 因此不断会有光从小孔入射进入腔体，这样腔体吸收环境光能量会越来越多，腔体的温度就会越来越高。这种情况有点像夏天停在室外的汽车，太阳光不断从车窗透过玻璃进入车内，使车内温度高得烫人。但是，根据热力学原理，腔体内温度最终应该和环境温度一致。因此为了保持能量平衡，
E*dv表示在频率范围（v,v+dv）中的黑体辐射能量密度。 λ—辐射波长(μm) T—黑体绝对温度(K、T=t+273k) C—光速(2.998×10^8m·s ) h—普朗克常数，6.626×10^-34 J·S K—玻尔兹曼常数(Boltzmann)，1.3806505*10^-23J/K基本物理常数 玻尔兹曼常数（Boltzmann constant）（k 或kB）是有关于温度及能量的一个物理常数。玻尔兹曼是一个奥地利物理学家，在统计力学的理论有重大贡献，波兹曼常数具有相当重要的地位。光量子即光子。能量的传递不是连续的，而是以一个一个的能量单位传递的。这种最小能量单位被称作能量子（简称量子）。 原始称呼是光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止质量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。 光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少正比于光波的频率大小，频率越高, 能量越高。当一个光子被原子吸收时，就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态。 光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=hν，求出M=hν/C^2, 光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。光就既具有波动性（电磁波），也具有粒子性（光子），即具有波粒二象性 玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。玻色子包括：.胶子-强相互作用的媒介粒子，它们具有整数自旋（0，1，……），它们的能量状态只能取不连续的量子态，但允许多个玻色子占有同一种状态。，有8种；光子-电磁相互作用的媒介粒子，这些基本粒子在宇宙中的“用途”是构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子（光子、介子、胶子、w和z玻色子）。在这样的一个量子世界里，所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋。如光子、粒子、氢原子等， Bose-Einstein condensation (BEC) 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠爱因斯坦在80年前预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。即当温度足够低、原子的运动速度足够慢时，它们将集聚到能量最低的同一量子态。此时，所有的原子就象一个原子一样，具有完全相同的物理性质。 磁光阱是一种囚禁中性原子的有效手段。它由三对两两相互垂直．具有特定偏振组态井且负失谐的对射激光束形成的三维空间驻波场和反向亥姆雹谊线圈产生的梯度磁场构成．磁场的零点与光场的中心重合，负失谐的激光对原子产生阻尼力．梯度磁场与激光的偏振相结合产生了对原子的束缚力．这样就在空间对中性原子构成了一个带阻尼作用的简谐势阱。 量子力学是描写微观物质的一个物理学理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱 普朗克常数记为h ，是一个物理常数，用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只
第7章光子学基础 第十七章光子学基础 传统光学主要是研究宏观光学特性，如光的折射、反射、成像及光传播时的干涉、衍射和偏振等波动性质，而未去探究其微观的物理原因。然而随着光学的发展，人们逐渐地注意研究光与物质(包括光子与光子)相互作用的微观特性，以及与这种微观特性相联系的光的产生、传播和探测等过程。同时，也逐渐注意研究光子承载信息的能力，以及它在承载信息时的处理和变换等基础问题。现在人们用光子光学(Photon Optics)或光子学(Photonics)来概括这一领域的研究。光子学在现代科学技术中的作用越来越显重要。 本章结合光电效应，引入光子学中的基本概念和关系式，讨论电磁场的量子化和光子的性质，并介绍两个应用。 第一节光的量子性 一、光电效应与爱因斯坦光子学说 (一)光电效应的规律 1887年赫兹在题为“关于紫外光对放电的影响”的论文中首先描述了物体在光的作用下释放出电子的现象，这就是通常所说的光电效应。一般采用图16-1a的装置观察金属的光电效应。电极K和A封闭在高真空容器内，光经石英小窗照射到金属阴极K上。当电极K受光照射时，光电子被释放出并受电场加速后形成光电流。实验发现光电流的大小与照射光的强度成正比，照射光中紫外线越强，光电效应越强。用一定强度和给定频率的光照射时，光电流i和两极间电位差u的实验曲线如图16-1b所示，称为光电流的伏安特性曲线。当u足够大时，光电uu流达到饱和值I;当u?时光电流停止(称为临界截止电压)。总结所有的m00 实验结果，得到如下规律:
(1) 对某一光电阴极材料而言，在入射光频率不变条件下，饱和电流的 大小与入射光的强度成正比。 (2) 光电子的能量与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关，频 率越高，光电子的能量就越大。 ,(3) 入射光有一截止频率(称为光电效应的红限)。在这个极限频率以0 下，不论入射光多强，照射时间多长，都没有光电子发射。不同的integrated energy, chemicals and textile Yibin city, are the three core pillars of the industry. In 2014, the wuliangye brand value to 73.58 billion yuan, the city's liquor industry slip to stabilise. Promoting deep development of integrated energy, advanced equipment manufacturing industry, changning district, shale gas production capacity reached 277 million cubic metres, built the country's first independent high-yield wells and pipelines in the first section, the lead in factory production and supply to the population. 2.1-3 GDP growth figure 2.1-4 Yibin, Yibin city, Yibin city, fiscal revenue growth 2.1.4 topography terrain overall is Southwest, North-Eastern State. Low mountains and hills in the city landscape as the main ridge-and-Valley, pingba small fragmented nature picture for "water and the second land of the seven hills". 236 meters to 2000 meters above sea level in the city, low mountain, 46.6% hills 45.3%, pingba only 8.1%. 2.1.5 development of Yibin landscapes and distinctive feature in the center of the city, with limitations, and spatial structure of typical zonal group, 2012-cities in building with an area of about 76.2km2. From city-building situation, "old town-the South Bank" Center construction is lagging behind, disintegration of the
硅光子是一种令人振奋的技术 当互联网流量在用户和数据中心之间传递时，越来越多数据通信发生在数据中心，让现有数据中心交换互联变得更加困难，成本越来越高，由此技术创新变得十分重要与紧迫。一种半导体技术—硅光子，具有市场出货量与成本成反比的优势，相比传统的光子技术，硅光器件可以满足数据中心对更低成本、更高集成、更多嵌入式功能、更高互联密度、更低功耗和可靠性的依赖。华为、思科、Facebook等巨头已经在这个领域布局多年，市场爆发可能就在眼前。 硅光子是一种令人振奋的技术，是基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI 等)，利用现有CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术。这种组合得力于半导体晶圆制造的可扩展性，因而能够降低成本。 硅光子架构主要由硅基激光器、硅基光电集成芯片、主动光学组件和光纤封装完成，使用该技术的芯片中，电流从计算核心流出，到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤，到另一块芯片后再转换为电信号。 硅光子(SiP)实现廉价且规模生产的光连接，从根本上改变光器件和模块行业。未来三五年内，这种情况还不会发生，但硅光子技术可能在下个十年证明它是破坏性。基于硅光子的光连接与电子ASIC、光开关，或者(可能)新的量子计算设备的集成，将打开一个广阔的创新前沿。 预计到2022年，硅光子光收发器市场将超20亿美元，在全球光收发器市场中占比超20%。从出货量来看，到2022年，硅光子光收发器在总光收发器出货量中的占比将不到2.5%。这些产品中的大多数将是高端产品--100G或以上速率，因此定价也相对较高。 这似乎与许多业内专家的期望相悖，即希望硅光子能实现廉价且规模生产的光连接，并且取代现有的InP和GaAs平台。然而，如果硅光子的主要优势是集成，它将会是最适合需
目录 摘要 (i) ABSTRACT (ii) 第一章绪论 (1) 1.1 课题研究背景 (1) 1.1.1 经典计算与量子计算 (1) 1.1.2 光量子计算 (1) 1.1.3 纠缠光子源与光量子计算的实现 (1) 1.2 相关研究工作 (2) 1.2.1 光量子计算的研究 (2) 1.2.2 纠缠光子的产生 (4) 1.2.3 纠缠双光子的探测系统 (5) 1.3 课题的研究内容与创新 (5) 1.4 论文结构 (7) 第二章纠缠双光子的时空分析与计算 (9) 2.1 纠缠双光子的数学描述 (9) 2.1.1 光量子比特与希尔伯特空间 (9) 2.1.2 光量子比特的测量 (10) 2.1.3 纠缠双光子与CHSH不等式 (10) 2.1.4 相位差与纯度和对比度 (11) 2.2 纠缠双光子的空间相位差 (12) 2.2.1 空间相位差的产生原因 (12) 2.2.2 空间相位差与纯度和对比度 (13) 2.3 空间相位差的建模计算 (14) 2.3.1 空间相位差计算模型的建立 (14) 2.3.2 空间相位差的计算结果与分析 (15) 2.3.3 空间相位差补偿计算模型的建立 (16) 2.3.4 空间相位差补偿的计算结果与分析 (17) 2.4 纠缠双光子的频谱分析 (18) 2.4.1 纠缠双光子的频谱关联与差异 (18)
2.5 频谱关联与差异的建模计算 (19) 2.5.1 频谱关联与差异计算模型的建立 (19) 2.5.2 频谱关联与差异的计算结果与分析 (20) 2.6 纠缠双光子的时间-频率相位差的建模计算 (22) 2.6.1 时间-频率相位差的产生 (22) 2.6.2 时间-频率相位差计算模型的建立 (22) 2.6.3 时间-频率相位差的计算结果与分析 (23) 2.6.4 时间-频率相位差的补偿 (24) 2.7 本章小结 (25) 第三章纠缠双光子亮度的分析与计算 (26) 3.1 自由空间传播的建模计算 (26) 3.1.1 高斯光束的聚焦 (26) 3.1.2 光子在自由空间中传播模型的建立 (27) 3.1.3 计算结果与分析 (28) 3.1.4 高斯光束光斑大小的测量 (29) 3.2 BBO切割角度的计算 (30) 3.2.1 SPDC过程的相位匹配条件 (31) 3.2.2 I型SPDC过程的建模计算与结果分析 (32) 3.2.3 II型SPDC过程的建模计算与结果分析 (33) 3.3 BiBO切割角度的计算 (35) 3.3.1 I型SPDC过程的建模计算与结果分析 (35) 3.3.2 II型SPDC过程的建模计算与结果分析 (37) 3.4 本章小结 (38) 第四章纠缠双光子探测系统的设计 (39) 4.1 符合计数与纠缠双光子的检验 (39) 4.1.1 符合计数简介 (39) 4.1.2 探测系统的设计 (40) 4.1.3 探测系统的实现方案 (41) 4.2 电平转换芯片与延时模块 (41) 4.2.1 电平转换芯片 (41) 4.2.2 可编程延时模块 (42)
硅基光子晶体的研究 从真空管到超大规模集成电路，人类跨出了巨大的一步、半个世纪以来，电子器件的迅猛发展使其广泛应用于生活和工作的各个领域，它尤其促进了通讯和计算机产业的发展。然而，进一步小型化以及在减小能耗下提高运作速度，几乎是一种挑战、由于电子器件是基于电子在物质中的运动，在纳米区域内，量子和热的波动使它的运作变得不可靠了，人们感到了电子产业的发展极限。由于光子是以光速运动的粒子，以光子为载体的光子器件有比电子器件高得多的运行速度，光子在电介质传播每秒可以携带更多的信息，其传输带宽要远大于金属导线，并且光子受到的相互作用远小于电子，因而光子器件的能量损耗小、效率高，人们转而把目光投向了光子，提出了用光子作为信息裁体代替电子的设想。类似于电子产业中的半导体材料，光子产业中也存在着一种基础材料——光子晶体（Photonic Crystals ）。 光子晶体（Photonic Crystals ）是由具有不同介电常数（折射率）的材料按照某种空间有序排列的的其周期可与光波长相比的人工微结构。介电函数的周期性变化能够调制材料中光子的状态模式，使光子带隙出现，当光的频率位于光子带隙范围内，它将不能在光子晶体中的任何方向传播。因此，光子晶体也常称为光子带隙材料（Phtonic Band Gap Materials ）。光子晶体将成为光电集成、光子集成、光通讯的关键性基础材料，所以光子晶体又成为“光学半导体”。它广阔的应用前景使光子晶体成为当今世界范围的 一个研究热点，得到了迅速的发展。 硅材料是现代集成电路工业的基础性材 料，是人类制备工艺最成熟、研究最深入、 了解最清楚的材料之一。硅的折射率 较高 （在波长为1.1μm 时n=3.53），满足完全 光子带隙的光子晶体的要求，且硅对通信领 域所采用的两个波长1.3μm 和1.55μm 来说 是透明的，所以硅材料是制备光子晶体的良 好材料。近几年硅基光电集成取得了一些突 破，研究硅基光子晶体，将大大促进硅基光电集成，全光集成技术的发展。 本研究方向着重研究硅基光子晶体和二氧化硅蛋白石光子晶体的制备和性质，研究 采用自组装方法获得的蛋白石胶体晶体为模板，制备硅的反蛋白石结构，理论计算表明三维周期结构只具有赝光子带隙，这种由数百纳米的单分散二氧化硅小球自组装面心密排堆积而成的反蛋白石结构具有完全的光子带隙。 光子晶体的广阔的应用前景使其 成为当今世界范围的一个研究热点
硅光子技术全面普及（上）芯片间实现光传输 2013/04/26 00:00 关于在硅晶圆上实现光传输的“硅光子”技术，其实用化和研发的推 进速度都超过了预期。其中，日本的进展尤其显著。日本在高密度 集成技术和调制器等的小型化方面世界领先，在CMOS兼容发光技术和光子结晶的开发方面的成果也震撼全球。硅光子技术的应用范 围有望从目前的主要用途——电路板间的数据传输扩大到芯片间和 芯片内的传输。预计这方面的应用将在2020年前后实现实用化。 “硅光子”已经进入全面普及阶段。利用该技术，各种光传输元件的 大部分都可以通过CMOS技术集成到硅芯片上注1）。 注1）目前只有光源还需利用化合物半导体激光元件。 硅光子技术目前的主要用途是嵌在有源光缆（Active Optical Cable，AOC）*中的光收发器IC（图1）。AOC在超级计算机、数据中心以及通信运营商的传输装置领域的应用迅速扩大，是用于板卡和设备
高速连接的光缆。 图1：光传输的应用范围将从板卡间扩大到芯片间， 再到芯片内 本图为最近和不久的将来的光传输导入领域。名为 AOC（有源光缆）的服务器板卡间通信技术大部分都 是利用硅光子技术的光传输。预计今后芯片间传输、 CPU内核间以及CPU内核内的全局布线等也将利用 光传输。（摄影：（a）为美高森美公司（原卓联半 导体），（b）为Luxtera公司，（c）为阿尔特拉） *AOC（Active Optical Cable）＝带光收发器模块的光缆。由于耐久
性和可靠性高，在2008年前后，这种光缆在高性能计算机市场上的需求开始扩大。调查公司Global Information发布的数据显示，2011年AOC的全球销量为30.5万根，销售额为7000万美元。该 公司预测，2016年的销量将达到78.6万根，销售额将扩大到1.75 亿美元。 硅光子之所以能在AOC用光收发器领域取得这样的成绩，是因为可 以通过量产大幅降低成本，这与采用CMOS技术的半导体产品一样。而以前的AOC采用的是基于化合物半导体的分立元件，价格较高。 以风险公司为中心的市场将发生变化 开拓该用途的是美国加州理工学院成立的风险企业Luxtera，以及同为风险企业的Kotura公司。2008年前后开始量产的Luxtera于2012年2月宣布，“已售出100万个单位通道传输容量为10Gbit/秒的光IC”。Kotura也于2013年2月宣布，“光IC的销量较上年翻了 一番、相当于6万通道/月”。从这些出货量数据来看，这两家公司 的产品占了AOC市场的相当大一部分注2）。 注2） Luxtera与飞思卡尔半导体和意法半导体开展合作，Kotura
硅光子计数探测器推动新一代成像技术硅光子计数器件最近取得了革命性进展，大量新型探测器正进入市场。这些探测器可应用于许多新领域，如荧光寿命成像、正电子发射X线断层显像、辐射探测、高能物理、激光测距（激光雷达）和粒径测量。潜在应用甚至包含新兴的通信技术领域，如保密通信中的量子密钥分配。 图1.在纳米压印光刻技术中，重复使用一个模版大批量的压印预定形状的晶圆。在最终的沉积工序之后，晶圆既可以依尺寸切成方块，也可以再利用压印技术制备其它的功能层。 以前，光子计数器建立在三种不同技术平台上。其中之一是以真空管为基础的光电倍增管（PMT）。这些探测器具有光探测面积大的优点，可用于各种器件。此外，庞大的市场使得PMT探测器的成本降到了合理水平。但PMT探测器要求工作电压超过1000V，时间精度也很差（约为500ps），量子效率由于受到光电阴极限制而约为20％，更重要的是它们与高密度阵列技术不兼容，也无法实现微型化。微通道板（MCP）是一种改进的PMT，它显著提高了时间精度（少于100ps），但动态范围受限（100kHz/s）。此外，MCP探测器非常昂贵且容易毁坏。 第二种光子计数平台以第一代“透过式”硅探测器结构为基础。该平台需要高电压（超过100伏），依赖厚的耗尽层。尽管厚耗尽层在较长的波长（约1000nm）处具有高响应度，但是时间精度却降低了。而且，透过式结构也不与标准硅工艺技术兼容，在阵列中无法使用，因此完全不能用于成像。 第三种光子计数传感器技术平台是电子倍增电荷耦合器件（EMCCD），它是在标准CCD相机的基础上，将增益寄存器集成到输出电路中。这是一种多像素成像器件（可达1000?000），但是因为其特殊的数据读取装置，会丢失全部时间分辨率信息。EMCCD也需要强力冷却（温度要降到-100℃），这使得器件复杂而昂贵。 第二代硅光子计数器件 最新的第二代硅光子计数技术将引发微光成像技术的革命。这一技术以盖革模式的浅结硅偏压二极管为基础，经过多年的发展和改进，现已成为一种成熟的工艺技术。浅结的性能优点包括：时间抖动小（小于100ps）、工作电压低（约35V）、计数速率快（10M/s）、量子效率高（大于45％），且光谱灵敏度范
信息技术的最新进展 一、什么是新一代信息技术产业 新一代信息技术产业的本质涵是“新一代”，必须明白“新一代”究竟“新”在哪里。信息领域的各个分支——集成电路、计算机、通信、软件等都在进行代际转移。 ?集成电路制造已进入“后摩尔”时代； ?计算机系统开始进入“云计算”时代； ?无线通信正在从3G（3rd generation，即第三代移动通信）走向4G （4th generation，即第四代移动通信）时代； ?软件行业已进入端到端设计（也有人称之为跨界垂直整合）时代。 从传统电子信息产业到新一代信息技术产业是产业的“代际变迁”。IDC公司（全球著名的咨询公司）把新一代信息技术产业称为“第三平台”。该公司认为，1985年以前普遍采用的大型主机是第一代IT（information technology，即信息技术）平台；1985-2005年流行的是以个人计算机、互联网和服务器为主的第二代IT架构(computers as networks)；从2005年开始，以云计算、移动互联网、大数据、社交网络为特征的新一代IT架构（被称为第三代IT平 台,computers as datacenters）正在蓬勃发展之中。2013年全球IT支出约37万亿美元。IDC公司预测，至2020年，第三代IT平台的市场规模将达到53万亿美元。2013-2020年，IT部门90%的增长将由第三平台驱动。
信息技术产业的发展趋势是从制造业为主转向软件和服务业；从inside到outside(从重视产品到重视生态环境）；从scale up（纵向扩展）到scale out（横向扩展）；从关注设备、软件到更关注数据；从赛博空间（cyberspace）到人机物三元融合世界。新一代信息产业的热点不是以加工为主的制造业，而是以制造业为基础的自主设计的软件和服务业，即构建新的端到端设计的产业生态环境。信息产业发展的基本模式面临重大转折：软件和应用创新取代器件设备的技术进步，已成为主导整个IT产业未来发展的核心力量。 新一代信息产业的主要特点是，以围绕云计算和移动互联网的新产品为基础，通过丰富的服务，为客户创造新的价值。如果说过去20年信息产业的重点是生产和销售计算机、通信和电视设备，信息化的主要工作是推进数字化，那么未来的新一代信息技术产业的重点是网络化和智能化，将更加关注数据和信息容本身，从制造加工回归到“信息”产业本来的轨道。 新一代信息技术产业不仅重视信息技术本身的创新进步和商业模式的创新，而且强调信息技术渗透融合到社会和经济发展的各个行业，推动其他行业的技术进步和产业发展，新一代信息技术产业发展的过程，实际上也是信息技术融入社会经济发展各个领域创造新价值的过程。近年来蓬勃兴起的产业互联网是过去20年消费互联网的升级，各行各业都将演变成互联网产业。 二、未来10年全球信息技术发展总体趋势 全球电子信息科学技术将进入一个转折期，可能出现重大的技术变革，主要的征兆为：集成电路技术正在步入“后摩尔时代”（Post Moore’s Law Era）。集成电路技术与产业在继续沿着“延续摩尔定律”（More Moore）前行，获得更高片上集成度的同时，也沿着“拓展摩尔定律”（More Than Moore）发展，将多样
光通信热门研究领域：硅光子芯片互连应用指日可待 新电子 | 吴仲伦/程志贤/古凯宁/曾治国/李明昌/林恭如 | 2013-05-14 14:44:20 标签：光通信 [导读]由于近几年数字服务与数字内容等宽带数据传输市场逐渐成熟，利用光做为载波基础的各类新颖数字格式信号传输技术又开始被广泛探讨。 调制与侦测器技术突破，硅光子芯片互连应用指日可待。 高速光通信在过去30几年来的发展下，已经成为有线高速信息传输的标准。在2000 年受到美国经济泡沫化及网络市场对带宽需求不如预期的影响下，光通信产业与客户端的拓展曾经沉寂一段时间。过去除政府单位或具大型网络建置的企业外，一般终端使用者直接享受高比特率传输的机会并不高。虽然目前高速光通信应用的领域仍以远距离的骨干网络服务为主，但根据目前主流产学论坛的评估，个人客户端传输比特率将在2015年与2023年分别提升至1Gbit/s与10Gbit/s。 由于近几年数字服务与数字内容等宽带数据传输市场逐渐成熟，利用光做为载波基础的各类新颖数字格式信号传输技术又开始被广泛探讨。特别的是，许多研究重点已从远距的光纤网络转至点对点(又称光链接)中距离的光纤到户(FTTx)、数据中心(Data Center)服务器的数据传输，乃至近距离高速运算服务器内部模块的信号传输，甚至于进入消费型电子产品，包括计算机、高画质电视及三维(3D)图像处理等宽带产品，以及室内有线影音传输系统，亦为光通信技术的研究范畴。 比较著名的例子是在2011年由索尼(Sony)所开发的VAIO-Z高阶笔记本电脑，已经搭载英特尔(Intel)的Thunderbolt(原名Lightpeak)技术，其传输带宽最高可达10Gbit/s，而苹果(Apple)也已在开发相关的技术。另一方面，业界正致力结合硅基集成电路(IC)的成熟技术优势，从而开发硅基光电整合集成电路中之光互连传输。由于金属导线的传输带宽会受到本身组件特性而受限，利用光通信则能有效突破金属导线在高速传输时损耗导致的带宽距离乘积限制。为整合光通信与现有集成电路，以硅为基底的各式功能性光电组件成为目前方兴未艾的热门研究领域。然而，利用光连结做高速中短距离数据传输，成本仍是一项重要考虑。 降低三五族芯片/封装成本高速硅光电组件炙手可热 传统光通信模块是将三五族半导体芯片、高速电路硅芯片、被动光学组件及光纤封装而成，其中成本主要来自三五族半导体芯片及系统封装。虽然其传输速度可达40Gbit/s以上，但比起用电缆传输而言，价格却相对昂贵许多，因此近几年来，高速硅光电(Silicon