2009硅基微纳光电子系统中光源的研究
微纳材料在光电器件中的应用研究
微纳材料在光电器件中的应用研究随着科技的不断发展和进步，微纳技术越来越成为人们关注的热点。
微纳技术是研究微米和纳米尺度下物质及其相互作用的学科，通过对微纳材料的制备、表征以及其在不同领域中的应用开展研究，有助于提高物质的性能和功能，同时也有着广阔的应用前景。
其中，在光电器件领域中的应用研究是一大热点。
本文将简述微纳材料在光电器件中的应用研究现状及未来发展趋势。
一、微纳材料在光电器件中的应用微纳材料因其尺寸小、表面大、能带宽、催化作用以及量子效应等特殊性质而备受瞩目。
在光电器件领域中，微纳材料的应用已经得到了广泛的探讨和研究。
例如，研究人员通过改变微纳金属材料的形貌、尺寸、分布等因素，制备出各种金属纳米结构，在光电器件中具有重要的应用价值。
下面，将以太阳能电池和光电催化器为例，说明微纳材料在光电器件中的应用。
1.太阳能电池太阳能电池是采用太阳能光线的能量转化为直流电能的一种器件。
在太阳能电池中，使用微纳材料来替代传统的硅等材料，有助于提高太阳能电池的效率和稳定性。
例如，使用纳米孔阵列作为太阳能电池的电极，可以大大提升太阳能电池的光吸收率和电子传输率。
此外，对纳米材料进行表面修饰，如钝化处理、表面修饰、合金化等，可以使太阳能电池的稳定性大幅提高，降低能量转换过程中的损耗。
2.光电催化器光电催化器是一种利用光能激发催化剂表面电子的器件。
通过光电催化器可实现人造光合作用，将光能转化为可用的化学能。
各种微纳光催化剂的制备利用了各种不同的纳米材料和纳米结构，如金属纳米结构、量子点、纳米线、纳米板等。
著名的纳米光催化剂有TiO2，其通过使用纳米技术实现其催化能力的升级。
纳米TiO2表面具有较高的催化活性和表面积，可以促进奇异反应的运行。
在制备纳米光催化剂的过程中还可以对其进行表面修饰，例如加载其他催化剂、合成复合材料等。
此外，基于石墨烯等二维纳米材料的光电催化体系也引起了人们的极大兴趣。
二、发展趋势随着新技术的不断涌现，微纳材料在光电器件中的应用也日渐丰富。
硅基光电材料的研究与开发
硅基光电材料的研究与开发近年来，随着信息技术的飞速发展，人们对光电材料的需求不断增加。
其中，硅基光电材料作为一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。
本文将探讨硅基光电材料的研究与开发，并对其未来发展进行展望。
1. 硅基光电材料的特点与应用硅基光电材料是一类以硅为基底的材料，具有许多独特的特点。
首先，硅基光电材料具有良好的光电特性，能够将光信号转化为电信号，实现能量的转换与传输。
其次，硅基光电材料的制备工艺成熟，生产成本低廉，适应了大规模生产的需求。
此外，硅基材料还具有可塑性好、稳定性高等优点，能够适应不同场合的需求。
硅基光电材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子工业中，硅基光电材料可用于制备光电器件，如太阳能电池、光电传感器等。
在医学领域，硅基光电材料可用于制备生物传感器，实现对生物分子的便捷检测。
在光通信领域，硅基光电材料可用于光纤通信与光波导的制备，提高传输效率与稳定性。
2. 硅基光电材料的研究进展近年来，随着科学技术的不断进步，对硅基光电材料的研究也越发深入。
研究人员通过对硅基材料的改性与掺杂，提高了其光电性能。
例如，研究人员通过对硅基材料进行微纳加工，制备了纳米结构材料，进一步提高了其光电转化效率。
此外，研究人员还研发了一系列基于硅基材料的新型光电器件。
例如，利用硅基材料的光致发光效应，研究人员成功制备了硅基发光二极管，实现了基于硅材料的光发光器件的突破。
同时，硅基光电材料的研究还推动了光通信技术的发展，使其在高速传输与大容量数据存储方面取得了重要突破。
3. 硅基光电材料的未来发展在未来，硅基光电材料有望在多个领域得到广泛应用。
首先，在太阳能领域，硅基光电材料的高效转换性能将有助于提高太阳能电池的能量转换效率，推动可再生能源的发展。
其次，在信息通信领域，硅基光电材料的突破性进展将推动光通信技术的飞速发展，提高数据传输的速率与稳定性。
此外，硅基光电材料在医学诊断与治疗领域也具有广阔的前景。
随着人们对生命科学的深入研究，硅基生物传感器的需求不断增加，其在生物分子检测、疾病诊断与治疗等方面的应用将逐步扩大。
基于微纳技术的光电器件应用研究
基于微纳技术的光电器件应用研究随着科技的不断发展，微纳技术作为一种新兴的技术，已经引起了越来越多人的关注。
与此同时，光电器件也成为微纳技术的一个重要应用领域。
基于微纳技术的光电器件具有体积小、重量轻、功耗低、响应速度快、集成度高等优点，在医疗、通讯、能源等领域得到广泛应用。
一、微纳技术微纳技术是一种高科技制造技术，是通过微米和纳米级别的加工工艺将晶片等材料制造成微小器件。
微纳技术主要包括微机电系统（MEMS）、纳米制造、微加工、生物芯片等。
微纳技术作为一种新兴技术，具有广阔的应用前景，在微电子、信息技术、生物医学工程、能源等领域都有广泛的应用。
二、光电器件光电器件是一种将光能转化为电能或电能转化为光能的器件，具有光探测、光发射、光调制、光放大等功能。
现在的光电器件涉及到很多技术，如半导体器件技术、光子学技术、集成电路技术等。
光电器件在医疗、通讯、能源等领域都有广泛的应用。
三、微纳技术在光电器件中的应用在光电器件中，微纳技术的应用主要有两个方面：一是利用微纳技术的加工工艺制造光电器件；二是将微纳技术应用于光电器件的功能集成和开发中。
1.微纳加工技术制备光电器件微纳加工技术是微纳技术中的一种重要技术，它是通过微米级的加工工艺制备微小器件。
利用微纳加工技术可以制备出更小、更快、更便宜的光电器件。
微纳加工技术可分为三个层次：第一层是微米级别的加工工艺，如电子束光刻、光刻、等离子体刻蚀等；第二层是纳米级别的加工工艺，如原子层沉积、离子束刻蚀等；第三层是分子级别的加工工艺，如分子束外延等。
2.将微纳技术应用于光电器件的功能集成和开发中开发一种前沿的光电器件不仅需要深厚的物理学知识，还需要对微纳加工、集成电路、光学设计等多方面的技术掌握。
微纳技术可以将光学组件、探测器、放大器等集成到一个小型芯片上，实现了传统方法无法达到的高度集成，使光电器件的体积更小、重量更轻、功耗更低、响应速度更快、成本更低、可靠性更高，是光电器件发展的重要方向之一。
微纳光电子学的研究与应用
微纳光电子学的研究与应用微纳光电子学是一门集微电子学、光学和材料科学为一体的领域，其研究内容主要集中在微米甚至纳米级别的光电器件和系统的设计、制造和应用方面。
近年来，随着信息技术和通信技术的不断发展，微纳光电子学在各个领域的应用也日益广泛。
一、微纳光电子学的理论基础微纳光电子学的理论基础主要包括半导体物理学、光学和电磁学、量子力学等方面。
半导体物理学是微纳光电子学的重要理论基础之一，光电器件的性能直接关系到半导体器件中载流子的能量分布、亚带结构、载流子的寿命等因素。
而光学和电磁学对于微纳光电子学中光电子器件和系统的设计和模拟具有重要的意义，例如光波导的耦合、谐振，微型集成光器件的设计。
量子力学的发展也在一定程度上推动了微纳光电子学的发展。
当尺寸缩小到纳米级别时，量子效应开始显现，这时的物质遵循的规律和经典物理学大不相同，而量子力学就是研究这种微观粒子行为的学科之一。
微纳光电子学中的许多器件都采用了量子限制的原理来设计制造。
二、微纳光电子学中的关键技术微纳光电子学是一门综合性学科，涉及许多专业领域的重要技术，包括纳米加工技术、半导体材料制备、微纳加工技术、光学设计和系统集成等方面。
纳米加工技术是微纳光电子学中不可或缺的技术之一。
它是指用先进的微纳工艺手段对微米级别以下的结构进行精密加工和制造。
纳米加工技术包括光刻、电子束曝光、离子束刻蚀、化学蚀刻、原子层沉积等多种加工手段。
这些技术通常需要在高真空环境下进行，需要高精密的设备以及经验丰富的工程师来保证制造精度。
半导体材料制备也是微纳光电子学中的重要技术之一。
半导体材料通常指能够在一定程度上导电或隔离的材料。
目前常用的半导体材料包括硅、锗、氮化物、磷化物等。
半导体材料的制备需要先进的化学和物理手段，如化学气相沉积、液相外延、分子束外延等方法。
微纳加工技术是微纳光电子学中的另一个核心技术。
微纳加工技术是指将微米级别的结构制造到纳米级别，可以实现微纳器件的高精度加工。
微纳光电子系统_第二章微纳光电器件简介
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2010-9-5
32×32微测辐射热计SEM照片
×200 倍
×500倍
测试系统原理图
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像元编号
像元黑体响应电压 (µ V)
像元响应率 (V/W) 1.52×104 1.23×104 1.11×104 1.46×104 1.42×104 1.35×104 0.99×104 1.44×104 1.56×104 1.28×104
读出电路 X 向电极
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2010-9-5
微桥结构设计
• 热学设计 低热导和合适的热响应时间 • 光学设计 提高填充系数和红外吸收率 • 力学设计 确保结构的机械力学稳定性
1. 00 0. 90
吸 0. 70 收 0. 60 率 0. 50 （ 0. 40 ％） 0. 30
0. 20 0. 10 0. 00 1. 0 3. 0 5. 0 7. 0 9. 0 11. 0 13. 0 15. 0
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 2π 1.67μm 1.96
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 1.7 π 1.42μm 2.35
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 0.95π 0.798μm 2.35
石英 1.47
400μm 0.5μm 1 8 2π 1.06μm 4.5
性能测试
衍射效率
微测辐射热计物理模型
微测辐射热计热学模型
热绝缘微桥结构
V dV I 0 dR dT I 0 R ＝ dQ dT dQ Geff
微桥结构 50 μm Y 向电极 红外 辐射 0.5μm
Gleg kleg
Aleg l
探测器响应率与探测 器和衬底间的热导G 呈反比，利用微桥结 构降低二者间的热导
硅基光子学的原理与光学器件研究
硅基光子学的原理与光学器件研究光子学作为一门研究光的行为和性质的学科，一直以来都备受关注。
而在光子学的发展过程中，硅基光子学成为了一个热门的研究领域。
本文将介绍硅基光子学的原理和光学器件研究，探讨其未来的发展前景。
硅基光子学的理论基础源于硅的特殊物理性质。
硅是一种广泛应用于集成电路制造的材料，它具有高折射率、高导热性和低色散等优势。
这些特性使得硅材料非常适合用于光学器件的制造，尤其是在通信领域。
在硅基光子学中，硅波导是一种常见且重要的元件。
硅波导可以通过制造一定形状和深度的结构来控制光的传播。
通过光波在波导内部的传播，可以实现光的引导和耦合，从而实现光的传输和调控。
硅波导的制造通常使用微电子加工工艺，与集成电路的制造方式类似。
硅波导还可以实现光的调制。
通过将电信号转化为光信号，然后通过控制光的强度来实现信号的调制。
这种调制方式被广泛应用于光通信系统中，能够实现高速、大容量的数据传输。
硅基光子学在光通信领域有着巨大的应用潜力。
除了硅波导，硅基光子学还涉及到其他一些重要的器件，如光调制器、光开关和光放大器等。
光调制器可以通过控制光的相位和强度来实现光信号的调制。
光开关可以在不同的路径之间切换光的传输，实现光信号的路由和分配。
光放大器可以将光信号放大，增强光的信号强度。
硅基光子学的研究还涉及到一些新兴的领域，如量子光学和光子计算等。
量子光学研究光与物质之间的相互作用，利用光的量子特性来实现量子计算和通信。
硅基光子学可以提供一个制备和控制光量子态的平台，为量子信息处理提供了新的可能。
光子计算是一种新颖的计算方式，利用光的优势来实现快速、高效的计算。
硅基光子学可以提供光子计算中所需的光源、耦合器和光学器件等基础设施。
光子计算的潜力巨大，有望成为未来计算的重要技术之一。
虽然硅基光子学有着广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
例如，硅材料的光学非线性较弱，这在一定程度上限制了硅基器件的性能。
此外，硅基光子学的制造成本较高，这也限制了它在某些领域的应用。
硅光子学器件的设计及性能研究
硅光子学器件的设计及性能研究随着信息时代的到来，通讯技术已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
随着物联网和5G技术的发展，对通讯设备的要求也变得越来越高。
在这样的背景下，硅光子学器件应运而生。
硅光子学器件是指以硅基材料为基础，利用光子晶体学和微纳技术等多学科交叉技术制造出的微小光学器件，可以实现高速，高频率，高效率的光信号处理和传输，开启了新一代高速通讯技术的大门。
在硅光子学器件的设计和制造过程中，主要有两个重要的环节：一是硅光子晶体的设计与制造，二是硅光子学器件的性能研究与优化。
硅光子晶体的设计与制造硅光子晶体是硅光子学器件的核心组成部分。
硅光子晶体与普通的晶体材料相比，具有光子禁带结构，可以在宽带的光谱范围内实现光的传输和处理。
同时，在硅光子晶体中可以通过微米级别的结构设计来实现对光信号的调控，包括光波长的选择，光强的调整，信号延迟等等。
硅光子晶体的设计与制造需要使用一系列高精度的设备和技术。
比如，电子束光刻机、原子层沉积设备、离子注入装置等等。
通过这些设备的精密操作与控制，可以制造出各种复杂的硅光子晶体结构，并实现对其性能的精细调控。
在硅光子晶体的设计过程中，需要考虑很多因素，比如，晶格结构、缺陷位置与性质、材料组成与性质等等。
不同的硅光子结构对于不同的应用场景有着不同的要求。
例如，在光路延迟的应用中，需要设计出对于不同波长的光的延迟时间相同的硅光子晶体结构，而在高速光通讯应用中，需要设计出高效率、小尺寸、低损耗的硅光子晶体结构。
硅光子学器件的性能研究与优化硅光子学器件的性能研究与优化是硅光子学技术实际应用的关键。
硅光子学器件的性能指标包括：传输功率、光损耗、光学带宽、偏振特性、调制速度、稳定性等等。
通过对这些性能指标的研究和优化，可以提高硅光子学器件的应用效率和可靠性。
硅光子学器件的性能研究需要使用各种现代化的实验技术，如：自相干调制实验、非线性光学实验、红外光谱实验等等。
同时，为了更好地解析硅光子学器件的性能数据，需要借助理论模型进行分析和验证。
硅基光电器件的研究进展与应用
硅基光电器件的研究进展与应用硅基光电器件是一类具有广泛应用前景的器件，其研究和应用在近年来取得了较为显著的进展。
本文将从硅基光电器件的基本结构、研究进展和应用三个方面来进行论述。
一、硅基光电器件的基本结构硅基光电器件是利用硅材料制作的光电器件，其基本结构包括光电二极管、光感测器、光调制器等。
其中，光电二极管是最早应用最广泛的硅基光电器件。
它主要有PN结和PIN结两种结构，PN结的光电转换效率较低，PIN结由于在i区引入掺杂剂，能够增加载流子密度，提高光电转换效率。
光电二极管常用于光信号的接收、激光测距、通讯等方面。
光感测器是一种基于硅材料制备的红外探测器，其通过吸收红外辐射产生的光生电子为载流子，进而实现探测功能。
它具有灵敏度高、响应速度快等优点，在红外光学、安防监控等领域有着广泛的应用。
光调制器是硅基光电器件中的一种重要器件。
它可以通过电场或光场控制光的传输和调制，实现调制信号的传输和处理。
光调制器与光纤互相作用，广泛应用于光通讯领域。
二、硅基光电器件的研究进展随着材料合成、加工技术和相关理论的不断发展，硅基光电器件的研究也得到了快速的进展。
近年来，主要有以下几方面的研究成果：1. 硅基光电器件的新材料研究。
硅基光电器件的性能受到材料特性的限制，新材料的引入是改善其性能的关键。
近年来，研究者们使用过渡金属硅凝胶 (TMOS)和二甲基硅烷 (DMS) 等材料制备了一系列的二氧化硅、硅基氧化铝和氮掺杂二氧化硅薄膜。
这些新材料在提高硅基光电器件性能方面取得了巨大的进展。
2. 光调制器的高速化。
在现今高速通讯的大环境下，为了适应高速、大容量的信息传输需求，光调制器的速度已成为研究的热点问题。
目前，研究者们主要通过提升光调制器的带宽来解决这个问题，研制出了高速、高灵敏度的硅基光调制器。
3. 硅基光电器件的微纳加工。
现今，微纳加工技术的不断进步，对硅基光电器件研究的影响越来越明显。
在微纳加工技术的基础上，研究者们成功地制备了纳米结构、纳米传感器等硅基光电器件，并在生物医学等领域展开了广泛的应用。
微纳机电系统的研究与发展
微纳机电系统的研究与发展随着科技的不断发展，微纳机电系统（MEMS）已成为一个重要的研究领域。
它利用微电子加工技术和微机电系统技术，制造出微尺度的机电系统和器件，应用于多个领域，如汽车工业、医疗设备、电子设备等。
本文将探讨微纳机电系统的研究与发展。
一、微纳机电系统的概述微纳机电系统是一种基于微机电技术制造的微型机电系统和器件。
主要由微缩化处理、精密加工、微型制造和信息技术等组成。
这种系统可以通过微型化设计、加工和制造，实现普通机电元件的小型化、轻量化和高集成化，同时实现了电子器件和机械器件的集成化。
在多个领域中，微纳机电系统已成为了一种关键技术。
二、微纳机电系统的应用微纳机电系统已广泛应用于许多领域。
其中最重要的应用是汽车工业。
传感器、执行器和电子控制器是现代汽车中的关键部件。
微纳机电系统可以制造出小巧而高精度的传感器和执行器，用于控制汽车的发动机、刹车、气囊等系统。
通过微纳机电系统的应用，汽车不仅更加安全可靠，而且更加节能环保。
此外，微纳机电系统还可以应用于医疗设备领域。
例如，使用微纳机电系统制造的仿生智能手术机器人，可以帮助医护人员更加精准地进行手术。
这种机器人可以通过微型力传感器、光学传感器和微型执行器，大大提高手术的精度和安全性。
在电子设备领域，微纳机电系统也有重要的应用。
例如，扫描式显示器、数字相机和激光打印机中，都需要微弱的光源。
微纳机电系统可以制造出高性能的微型光源，加强显示器的亮度和色彩的还原度。
三、微纳机电系统的研究与发展随着科技的不断发展，微纳机电系统的研究与发展已取得了令人瞩目的成果。
其中重要的进展包括微纳机电元件的尺度缩小、集成度提高和新型功能器件的开发。
首先，微纳机电元件的尺度缩小是一个重要的进展。
微电子加工技术和微机电系统技术的发展，使得微型机电元件的尺寸越来越小。
例如，压力传感器和气体传感器的尺寸已缩小到微米级别。
这种尺度的缩小，有助于提高微纳机电系统的集成度和性能。
光电子器件制造中的微纳加工技术研究
光电子器件制造中的微纳加工技术研究随着科技的不断进步和人类对光电子器件的需求不断增多，微纳加工技术成为了当代科技领域的重要组成部分。
它不仅可以用于微小器件的制造与研究，还可以应用于生物医学、信息、环境等领域。
尤其在光电子器件的制造过程中，微纳加工技术更是被广泛应用。
本文将从加工技术、应用领域、发展状况等多个角度，对光电子器件制造中的微纳加工技术进行探讨。
一、加工技术微纳加工技术是一种以微米(um)、纳米(nm)等级为单位的精密加工过程，它以高精度、高效率、低成本、高可靠性等特点而被广泛应用。
在光电子器件制造中，微纳加工技术主要分为以下几类：1. 光刻技术光刻技术是将制作好的掩模图样转移至光刻胶上，再通过UV曝光、显影等过程进行加工的技术。
光刻技术的优点是加工速度快，加工精度高，适用于大规模生产。
但受到技术限制，其最小加工尺寸一般为几百纳米，且加工深度受到限制。
2. 激光加工技术激光加工技术是利用强光束的热、化学、物理等效应，对材料进行加工和切割的技术。
它可以实现高精度、高效率的加工，且可以在各种材料上进行加工。
但激光加工过程需要高功率激光设备，成本相对较高。
3. 离子束刻蚀技术离子束刻蚀技术是利用离子束进行精密加工的技术。
离子束直接照射在材料表面，通过物理、化学作用或机械力作用，改变材料的表面形貌和材料性质，以实现精密加工的效果。
离子束刻蚀技术可以制作出各种微结构，但制作周期长，加工速度慢。
4. 电子束加工技术电子束加工技术是利用电子束对材料进行加工的技术。
电子束从电子枪中发射并聚焦在极小的点上，把材料表面的原子、分子激发、击穿使其发生化学或物理变化，从而实现高精度的加工和切割。
但电子束设备成本较高，不适用于大规模生产。
5. 纳米印刷技术纳米印刷技术是一种新兴的微纳加工技术，可以在纳米级别上进行转移和印刷，广泛应用于制备纳米结构和高清晰度显示器件等领域。
其优点是加工速度快、适用性广、适用于大规模制备等，但加工精度仍有待提高。
硅基光电子集成技术研究
硅基光电子集成技术研究光学和电子技术深度交融已成为未来高科技的发展方向之一。
硅基光电子技术是光电子技术中的重要分支之一，其应用涵盖了通信、生物医学、环境监测、能源利用等多个领域。
因此，在光电子技术领域中，硅基光电子技术拥有巨大的发展潜力。
硅基光电子技术起源于20世纪80年代，最初是为了适应高速电子通信的需求而发展的。
但是，随着信息技术和生物医学的快速发展，硅基光电子技术开始出现在许多新领域，并且得到了广泛的应用。
与其他光电子技术相比，硅基光电子技术具有许多优势，如制造成本低、体积小、易于集成、光电协同效应明显等。
硅基光电子技术的发展离不开新材料和新技术的支持。
硅基光电子元件的主要材料为硅、氧化硅和氮化硅等，同时也有不少新材料涌现出来。
目前主要的技术有电子束制造技术、微纳加工技术和多层膜技术等。
其中，电子束制造技术在硅基光电子技术的发展历程中起到了重要的推动作用。
这是因为，电子束制造技术具有精度高、多样化、柔性性和速度快的特点，同时也可以轻松地实现三维和复杂结构的制造。
在硅基光电子技术的应用中，通信领域是最为广泛和深入的应用之一。
在光纤通信和无线通信中，硅基光电子技术应用已经开始成熟和普遍。
例如，在光纤通信领域，硅基光电子技术可以实现调制和解调，增加信号的传输距离和带宽；在无线通信领域，硅基光电子技术可以提高射频信号的转换效率和调制深度，实现对高速信号的处理。
除了通信领域外，硅基光电子技术在生物医学领域的应用也越来越广泛。
比如，硅基微孔阵列技术可以快速、高效地从大量样本中分离和检测出目标物；硅基过滤器技术可以进行血液净化和灭菌；硅基探针技术可以实现对单个生物分子的检测和测量；硅基生物芯片技术可以实现高通量的生物分子分析。
总之，硅基光电子技术是一个充满活力和发展潜力的领域。
在未来，它将会在众多领域中发挥重要作用，为人们带来更加便利和高效的生活体验。
硅基材料的制备与性能研究
硅基材料的制备与性能研究硅基材料是一类广泛应用在电子、光电子、能源等众多领域的重要材料。
其制备与性能研究对于开发新型材料、提升器件性能以及推动科技进步具有重要意义。
本文将从不同角度探讨硅基材料的制备方法以及其性能研究，为读者提供对该领域的全面了解。
一、硅基材料的制备方法硅基材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、溶胶-凝胶法、磁控溅射等。
其中，CVD是最常用的制备方法之一。
CVD通过将反应气体传递到加热的衬底上，在高温下进行热解反应，使得硅原子在衬底表面上沉积形成硅基材料。
不同的CVD方法可以在不同的条件下控制硅基材料的形貌和性能，如低压CVD、热氧化法和PECVD等。
除了CVD，溶胶-凝胶法也是硅基材料制备的重要方法。
该方法通过将硅源和溶剂进行混合，并添加催化剂、表面活性剂等辅助物质，在适当的温度下生成溶胶体系。
随后，通过加热使溶胶液体发生凝胶化反应，生成凝胶体。
经过干燥和热处理后，最终获得硅基材料。
溶胶-凝胶法制备的硅基材料具有较高的纯度和较好的成膜性能，可以制备出纳米级的硅材料。
二、硅基材料的性能研究硅基材料具有优异的电子、光学和机械性能，对于其性能研究是推动材料应用和开发的关键。
在电子学领域，硅基材料常用于集成电路的制备。
通过改变硅材料的掺杂浓度、薄膜厚度和衬底结构等参数，可以调控其导电性能和载流子浓度。
此外，硅材料还广泛应用于太阳能电池、发光二极管等器件的制备。
对于硅基材料的能带结构和光学性质的研究，可以提高器件的光电转换效率。
另一方面，硅基材料在生物医学领域也展现出重要的应用前景。
硅基材料可以作为药物载体、生物传感器和组织工程支架等，在药物控释、生物检测和组织修复等方面发挥作用。
对于硅基材料的生物相容性和生物降解性的研究，可以优化其在生物医学领域的应用效果。
此外，硅基材料的力学性能也备受关注。
通过改变硅基材料的微观结构和纳米尺寸效应，可以调控其力学性能。
光电子器件中的微纳加工技术研究与应用
光电子器件中的微纳加工技术研究与应用光电子器件是一种基于光电子学原理制造的电子器件。
随着现代通信、半导体、生物医药等领域的快速发展，对于光电子器件的研究和应用也日益增加。
微纳加工技术作为一种重要的制造光电子器件的手段，已经成为光电子学领域研究的主要方向之一。
微纳加工技术是指在微米和纳米级尺寸上制备和处理微器件和材料的技术。
这种技术可以通过优化加工参数和设备来实现高精度、高效率和低成本的制造过程。
在光电子器件的研究和应用中，微纳加工技术可以用来制备光学和电子元件，以及微流控芯片等微纳系统。
一、微纳加工技术在光电子器件中的应用1. 光学元件微纳加工技术可以用来制备光学元件，例如衍射光栅、电子光子晶体等。
这些光学元件在光学通信、传感器和光学成像等领域中有广泛的应用。
2. 电子元件微纳加工技术可以用来制备电子元件，例如金属导线、半导体场效应管等。
这些电子元件可以用于制备集成光电子器件，例如光电二极管、激光器等。
3. 微流控芯片微纳加工技术可以用来制备微流控芯片。
微流控芯片是一种以微米尺度为基础的小型化、智能化的分析系统。
微流控芯片可以用于生物医药、环境和食品安全等领域的分析检测。
二、微纳加工技术的研究进展1. 微纳加工技术的加工精度和表面质量不断提高。
随着微纳加工技术的发展，加工精度和表面质量越来越高。
目前，一些微纳加工技术已经可以实现亚纳米级的加工精度和纳米级的表面质量，例如电子束曝光、原子力显微镜加工等。
这些技术的发展为微纳加工技术的应用提供了更高的制造精度和表面质量要求。
2. 微纳加工技术的加工速度和成本不断降低。
随着微纳加工技术的不断发展，加工速度和成本越来越低。
当前，一些微纳加工技术已经可以实现高速加工和低成本制造，例如激光加工和微纳米注塑成形。
这些技术的发展为微纳加工技术的应用提供了更高的加工效率和成本优势。
3. 微纳加工技术的工艺优化和新材料应用不断推进。
随着微纳加工技术的应用不断推进，对于微纳加工技术的工艺优化和新材料应用变得越来越重要。
硅基光子学的研究进展
硅基光子学的研究进展硅基光子学是一种研究利用硅材料构建光子器件并实现信息传输和处理的科技领域。
在当今信息技术飞速发展的时代，硅基光子学技术的研究成果对于新一代数据传输、通信、计算和储存等领域都有极为重要的作用。
本文将主要探讨硅基光子学研究的发展现状和未来趋势。
1. 硅基光子学概述硅基光子学是一种新兴的光电子系统领域，旨在把集成电路的制造技术应用到光电子学系统的生产中。
硅基光子学使用的是硅材料，这是一种广泛应用于半导体电子学和计算机领域的材料。
硅芯片的最新技术已经在纳米级别得到了实现，这为硅基光子学技术的发展提供了巨大的基础。
硅基光子学得到了广泛的应用，例如通信、计算、检测、感知和操纵。
2. 国内外研究现状硅基光子学的研究在国外已经得到了较为成熟的发展。
例如，美国、日本和欧洲等国和地区已经有许多知名的硅基光子学研究所和公司。
在国内，近几年来，各大高校和科研机构也开始加强硅基光子学研究力度。
例如，中科院武汉物理与数学研究所、中科院苏州纳米技术研究所、中国科学院西安光学精密机械研究所等都在该领域取得了重要成果。
目前，硅基光子学的研究方向主要包括以下几个领域：2.1 硅基光波导硅基光波导是硅基光子学重要的基础技术。
硅基光波导可以将光导向准确的路径，从而实现高速、高效率和低损耗的信息传输。
硅基光波导技术是硅基光子学实现低成本和高性能光电子器件的关键。
2.2 硅基光器件设计设计不同类型的硅基光器件是硅基光子学的又一个重要研究方向。
例如，硅基光耦合器、硅基光调制器、硅基光放大器和硅基光激光器等。
这些器件的设计和制造是构建硅基光子学系统不可或缺的步骤。
2.3 硅基光子系统硅基光子系统结合了硅基光波导和硅基光器件。
这种系统利用硅材料的优势，使用制造集成电路的技术制造复杂的光电子集成芯片。
目前，硅基光子系统已被用于光通信、光计算、光传感和生物医学等领域。
3. 未来趋势随着信息技术的不断发展，硅基光子学将会在各个领域得到更广泛的应用。
硅基光电子器件的研究与应用
硅基光电子器件的研究与应用近年来，随着信息技术与电子工业的飞速发展，半导体器件依然是关键的核心技术。
其中，硅基光电子器件作为半导体器件的一个分支，在信息技术、光通讯、生物医学等领域应用广泛。
本文将从硅基光电子器件的基本工作原理、主要研究方向、应用现状等方面展开探讨。
一、硅基光电子器件的基本工作原理硅基光电子器件是指采用硅作为主要材料，通过硅的特殊性质将光信号转换为电信号或电信号转换为光信号的一类器件。
其中，硅的晶格参数与光学特性与二十世纪末的光电子学和信息技术的蓬勃发展背景下相结合，推动硅基光电子器件的快速发展。
硅基光电子器件的主要工作原理可分为两个方面，即其作为光伏器件和光控件件。
在其作为光伏器件时，硅基光电子器件通过吸收光子来产生光伏效应，将光能转换为电能，实现将光信号转换为电信号。
而在其作为光控件件时，则通过外加电场控制硅材料内的折射率，该折射率的改变将反映在光传输的变化上，实现将电信号转换为光信号。
二、硅基光电子器件的主要研究方向1. 硅基光伏器件硅基光伏器件是硅基光电子器件的重要分支之一，旨在将光照射到硅芯片上，然后利用硅基材料的特殊性质产生光电效应，将光能转化为电能。
该技术有助于提高太阳能电池板的效率，并充分利用可再生能源。
2. 硅基光电调制器硅基光电调制器是光通讯领域中的一个重要研究方向，其主要目的是在现有网络的架构中提高数据传输速度和容量。
该技术可利用硅芯片的高可重复性，从而简化制造和集成流程，提高光电器件的速度和效率。
3. 硅基无源光学器件硅基无源光学器件由于其调制器件往往造价昂贵，发展较慢。
在该领域中，硅基无源光学器件的研究集中在滤波器、分束器、光谱分析器等方面，主要应用于化学分析、生物医药领域等。
三、硅基光电子器件的应用现状硅基光电子器件在信息技术、光通讯、生物医学等领域的应用已逐渐成为一种趋势。
具体来说：在信息技术领域，硅基光电子器件的应用主要体现在光存储器、光处理器、光层压设备等方面。
硅基光电子集成器件的制备与应用
硅基光电子集成器件的制备与应用光电子技术是一种以光学为基础的电子技术，将光学、电子学、计算机科学等多个学科结合起来，是信息技术中的一个重要分支。
硅基光电子集成器件是光电子技术的重要组成部分。
在今天的移动互联网、物联网和大数据时代，硅基光电子集成器件已经成为各种领域最重要的技术之一。
本文将探讨硅基光电子集成器件的制备过程和应用价值。
一、硅基光电子集成器件制备过程硅基光电子集成器件的制造，需要从选择合适的硅晶片材料开始。
硅晶片材料具有良好的光学性能，广泛应用于光电子器件制造领域。
接下来是晶圆制备工艺。
制备晶圆的主要工艺是化学气相沉积(CVD)，它是以高纯度的硅源为原料，在高温(1000℃以上)和大气压下将源气分解，从而让硅原子在衬底表面沉积生成晶圆。
制备好的硅晶片后，是端面加工，通过化学机械抛光，将硅晶片的表面进行加工处理。
随后是光子集成器件的制造过程。
制造的主要工艺包括：光刻、电离辐射、晶圆成型、电镀、刻蚀、腐蚀、晶圆接合等多个步骤。
二、硅基光电子集成器件的应用价值硅基光电子集成器件是非常重要的功能元件，在许多科学研究和技术领域有重要的应用。
下面列出几个主要的应用领域：1. 通信领域硅基光电子集成器件应用于光纤通信系统的光路模块化、波分复用与解复用，能够大大提高光模块性能和工作效率。
在现代光纤通信网络发展中，硅基光电子集成器件已成为其中各种光模块产品主要的解决方案。
2. 生物医学领域集成光波导和探测器的生物化学传感器，已经成为一种新的生物化学检测分析方法。
该方法具有快速、准确、敏感和实时性等优点。
硅基光电子集成器件在制造生物传感器等生物医学器件上的应用，将为生物医学领域带来新的突破。
3. 工业控制和自动化领域硅基光电子集成器件在自动控制和检测方面的应用，可以将半导体技术与机械、电气等其他工程技术结合起来，形成一套系统性的工业自动化技术，对现代工业控制与自动化等领域产生重要影响。
4. 环境检测领域现代环境检测设备中，硅基光电子集成器件已经被广泛应用。
硅基光子器件研究进展及其在光陀螺与光通信中的应用
万方数据 万方数据３期燕路等：硅基光子器件研究进展及其在光陀螺与光通信中的应用５４９的ｐ－ｉ—ｎ结构有效地降低了自由载流子的有效寿命，他们采用标准微电子工艺制作了第一个连续波长硅基拉曼激光器。
激光器结构如图１所示［２７。
脊型波导是在未掺杂的ＳＯＩ结构Ｓｉ的［１００１表面上：通过标准的光刻和蚀刻工艺制成，在其两侧的平板分别注入硼和磷形成ｐ－ｉ—ｎ结构，反偏的ｐ－ｉ—ｎ二极管大大降低了ＴＰＡ引发的载流子吸收。
当给它加反偏电压时，ＴＰＡ产生的电子一空穴由于受到ｐ－ｉ－ｎ结构的电场作用，被迅速地清除出了波导区，因此有效载流子寿命随着反偏压的增强而减小。
这一结构成功得到｜ｒ稳定的边模抑制比为５５ｄＢ，线宽小于８０ＭＨｚ的单模激光输出。
其激光阈值依赖于反偏电压，波长可通过改变抽运波长调节。
图１第一个连续硅基拉曼激光器结构示意图∞３Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔＣＷｓｉｌｉｃｏｎＲａｍａｎｌａｓｅｒＣ２７】硅基拉曼激光的实现是硅激光领域内的重要突破，但足它仍然只实现了红外波段激光，未能实现可见光波段激光。
在Ｉｎｔｅｌ报道了他们的拉曼激光后，Ｓｔｅｃｌｄ研究组阳８］寅布，他们研制成功世界卜第一个可见光波段的硅激光器。
他们在硅衬底上用分子束外延技术生长了Ｅｕ３＋掺杂的多层ＡＩＧａＮ结构，实现了室温下阈值约为１１７ｋＷ／ｃｒｎ２，波长６２０ｎｌｎ的激光输出。
２００８年，Ｒｏｎｇ研究组乜列又报道了级联式拉曼激光，利用受激拉曼散射的级联效应将硅基拉曼激光波长拓展至１６８６ｎｍ和１８４８ｎｍ。
这一激光器采用环形谐振腔和１５５０ｎｍ光抽运，实现了稳定的、连续的、输出功率超过５ｍＷ、线宽小于２．５ＭＨｚ的１８４８ｎｍ二阶级联激光，为实现更高阶拉曼激光铺平了道路。
尽管上述研究已经取得突破性进展，但是仍然面临一个问题：即以上述及的激光器都需要抽运光激发，若想将硅基激光器完全地单片集成，就必须实现载流子注入（电抽运）形式的激光光源。
硅基材料的微纳加工技术
硅基材料的微纳加工技术随着科技的迅猛发展，微纳加工技术作为一项重要的制造技术，正在为许多领域带来革命性的变革。
其中，硅基材料的微纳加工技术在半导体、光电子学、生物医学和纳米科学等领域中发挥重要作用。
本文将就硅基材料的微纳加工技术进行探讨，带您了解其基本原理、应用领域以及未来发展趋势。
一、硅基材料的微纳加工技术的基本原理硅基材料是微纳加工技术的重要载体，其具有优良的物理、化学和电学特性。
微纳加工技术基于光刻、化学刻蚀、薄膜沉积和离子注入等工艺，通过对硅基材料的精密控制和加工，实现微纳米级的结构制备。
其中，光刻技术是硅基材料微纳加工的核心技术之一，通过光感作用将所需结构转移至硅基材料上，然后利用化学刻蚀工艺去除未光刻区域，最终形成所需的微纳米结构。
二、硅基材料的微纳加工技术的应用领域1. 半导体行业硅基材料的微纳加工技术在半导体行业中起到至关重要的作用。
通过控制微纳米级结构的制备，可以实现半导体器件的高密度集成，提高器件的性能和功能。
此外，硅基材料的微纳加工技术还可以用于制备微加工天线、光纤通信器件和传感器等。
2. 光电子学领域硅基材料的微纳加工技术在光电子学领域中发挥着重要作用。
通过制备微纳米级光学元件，可以实现光与电的相互转换，从而实现光电子器件的制备和应用。
例如，硅基光波导器件通过控制硅材料的微纳米级结构来实现光的传播和调控，已经广泛应用于通信、传感和计算等领域。
3. 生物医学领域硅基材料的微纳加工技术在生物医学领域中具有广泛的应用前景。
通过制备微纳米级生物芯片和生物传感器，可以实现对生物分子的检测、分析和治疗。
此外，硅基材料的生物相容性较好，有利于生物医学器械的制备和应用。
4. 纳米科学领域硅基材料的微纳加工技术对于纳米科学的研究也具有重要意义。
通过制备微纳米级结构，可以实现对材料性能的调控和研究。
此外，硅基材料的微纳加工技术还可以用于纳米电子器件的制备和应用，为纳米科学的发展提供了重要的支持。
硅光子学技术的研究及其应用
硅光子学技术的研究及其应用第一章硅光子学技术概述硅光子学技术是一种基于硅材料的光电子子系统，在光子学、信息技术和电子学等领域具有广泛的应用。
硅光子学技术通过将光子学与晶体管技术结合起来，使得信息的传输速率大幅提高，这种技术的应用有很多，例如通信、传感、能量转化等。
第二章硅光子学技术的研究硅光子学技术的研究主要包括硅光子学器件的设计、加工工艺和性能测试等方面。
首先是硅光子学器件的设计。
硅光子学器件设计主要基于硅进行。
不同的硅光子学器件结构和形状可以实现不同的光波调制和传输效果。
硅光子学技术的研究过程中，设计团队还将考虑材料的选择、尺寸、形状、所需的布局和设备等。
其次是硅光子学器件的加工工艺。
硅光子学器件的加工工艺主要是采用微纳加工技术进行的。
微纳加工技术的加工精度高，而硅材料的性质能够确保加工出来的硅光子学器件能够满足高频率、高速率、低损耗、低杂散等要求。
微纳加工技术涉及到的加工工艺包括光刻、真空蒸镀、化学蚀刻、离子注入等。
最后是硅光子学器件的性能测试。
硅光子学器件的性能测试主要包括电光调制、光等离激元共振和耦合损耗等方面。
尤其是在高速数据传输领域，硅光子学器件的性能是至关重要的。
第三章硅光子学技术的应用1. 通信领域硅光子学技术在通信领域的应用是其最重要的应用之一。
硅光子学器件可以有效地提高传输速率和数据处理速度。
利用硅光子学器件进行数光信号的调制和解调，将纤维光信号转化为电信号，提高光通信的传输带宽和距离。
硅光子学技术有助于解决快速、可靠和低成本的通信和互联网交换问题。
2. 传感领域硅光子学技术在传感领域的应用也非常广泛。
应用硅光子学技术可以开发出高灵敏度、高精度的光学传感器。
硅光子学传感器可以检测化学和生物学分子，从而实现DNA检测、医药、食品、农业等领域的分析和检验。
3. 能量转化领域硅光子学技术在能量转化领域的应用也是十分值得关注的。
应用硅光子学技术可以实现光电能量转换。
硅光子学器件可以将太阳能转换成电能，更加高效和环保。
微纳光子器件的研究与应用
微纳光子器件的研究与应用微纳光子器件是一个新兴的领域，它涉及微型电子、光子学、纳米材料和信息处理等多个学科。
随着纳米技术的发展和光子学的进步，微纳光子器件变得越来越重要。
本文将介绍微纳光子器件的研究现状和应用前景。
微纳光子器件的研究现状微纳光子器件是一个涵盖多个领域的研究课题，包括半导体材料、微纳制造技术、光学设计和电子控制等方面。
在材料方面，半导体材料如硅、砷化镓、氮化硅等都被用于制造微纳光子器件。
在制造技术方面，光刻技术、蒸镀技术、离子注入技术、等离子刻蚀技术等都被广泛应用于微纳器件的制造中。
在光学设计方面，微型透镜、微型阵列和微型滤波器等都被用于设计微纳光子器件。
在电子控制方面，电子束曝光、激光束曝光和自组装技术等都被用于控制微纳结构的尺寸和形状。
在实际应用方面，微纳光子器件的主要应用于通讯、生物医学、能源和光电子学等领域。
在通讯领域，微纳光子器件可以用于构建超高速的光通讯，比如光子晶体纳秒级开关和微型透镜等。
在生物医学领域，微纳光子器件可以用于生物传感、药物递送和病毒检测等，比如微型波导和微型光子晶体，可以用于检测微小的免疫细胞和病毒。
在能源领域，微纳光子器件可以用于提高太阳能电池的效率，比如DSC电池和有机太阳能电池等。
在光电子学领域，微纳光子器件可以用于超高速、小尺寸的光电传感器，比如微型光子晶体光纤传感器和微型拉曼光纤传感器等。
微纳光子器件的应用前景在未来，微纳光子器件的应用前景将会更加广阔。
随着5G通讯的到来，高速、高带宽的光通讯将会更加重要，微纳光子器件作为信息光电芯片的载体，将会在通讯领域发挥重要作用。
在生物医学领域，微纳光子器件可以用于构建微型生物医学系统，如微型器官、微型药品输送和微型病毒检测，将对未来的药物研发和医疗保健产生深远影响。
在能源领域，微纳光子器件可以用于太阳能电池、燃料电池和光催化剂等领域，将推动新能源技术的发展。
在光电子学领域，微纳光子器件可以用于高速光电传感器和微型光学显示器，将使得下一代计算机的速度和能力更加强大。
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中国光学期刊网1引言硅材料在20世纪通过半导体集成电路垄断了数字电子工业，并改变了人们的生活方式以后，现在又成为光学及光电子学青睐的材料。
成熟的大规模、低成本硅基半导体集成电路生产工艺是人们期望用硅材料来制备微纳光电子器件及系统的最主要原因之一。
其目的就是要大幅度地降低目前基于III-V 族材料的微纳光电子器件及系统的成本。
众所周知，硅在1.3~1.5m m 通信波段是非常好的低损耗传输介质。
人们已经利用这种特性，开发出了微纳尺寸的光波导、分束器、耦合器、调制器以及探测器等光通信用基础元器件[1,2]。
锗硅探测器已达到40Gb/s 的指标[3]。
如能实现硅基微纳放大器和激光器，与微电子集成类似的微光电子集成就不难实现了。
然而，硅是一种间隙材料，单纯的体硅发光效率是非常低的。
这也是目前硅基光电子学领域研究人员正在集中攻关的重点之一。
为了能够将光源引入到单片硅基光电子系统中去，人们采用了耦合、贴片及混合集成等方式[4,5]，但大部分的努力仍然是希望通过单片集成的方式将光源硅基微纳光电子系统中光源的研究现状及发展趋势周治平王兴军冯俊波王冰（北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京100871）Zhou Zhiping Wang Xingjun Feng Junbo Wang Bing（State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems Networks,Peking University,Beijing 100871,China ）摘要综合了微电子学及微纳光学的优势，硅基微纳光电子学正在快速走向实用阶段。
与微电子制造技术兼容的微纳光子器件，包括调制器、探测器、分束器以及耦合器等均取得了重要的突破。
但硅基微纳光源的研究则仍处在探索阶段。
外部光源在多大程度上能代替片上光源？片上光源的最佳选择是什么？介绍、分析了目前硅基微纳光源的研究现状及进展，并对片上光源的研究趋势进行展望。
关键词微纳光电子学；集成光学；硅基光源Abstract Si based micro -nano optoelectronics is rapidly moving toward commercial applications.Nano -photonic devices compatible with the microelectronics manufacturing technology,including modulators,detectors,splitter and coupler,etc.have made an important breakthrough.However,research on Silight source is still in the exploratory stage.Is the external light source enough for chip sizeoptoelectronic systems?What will be the better choice as the on-chip light source?This article willintroduce the current research progress and development of Si based micro-nano light source,andprospect further outlook on-chip light source development trends.Key words micro-nano optoelectronic;integrated optics;Si based light source中图分类号TN253doi ：10.3788/LOP20094610.0028Research Progress and Development Trends of Light Source for Silicon Based Micro-Nano Optoelectronic Systems激光与光电子学进展2009.10集成到硅基微纳光电子系统中去[6,7]。
这就必须要对硅材料本身的能带结构及辐射/吸收机理进行细致的研究。
本文将对以上努力进行介绍分析，特别是针对硅及以硅为基础的复合材料所作的努力进行阐述，希望能够理清当前的研究重点及方向，探明硅基微纳光电子系统中光源的研究现状及未来的发展趋势。
2外部光源及混合集成的片上光源由于硅的载流子直接跃迁复合的发光效率很低，因此用常规手段在硅上作出高效率的发光器件比较困难。
虽然目前已经有一些单片集成硅基光源的成果报道[6,7]，但是在短期内真正实现高效的单片集成硅基激光仍具有挑战性。
目前使用的方式有外部光源和混合集成的片上光源两种。
其中，外部光源又分为芯片外部光源和倒装焊外部光源两种，如图1所示。
2.1外部光源及其耦合问题外部光源的方案回避了直接在硅材料上制备光源的难题，利用比较成熟的外部光源作为系统的输入。
但这种方案使得系统无法大规模集成，而且必须解决外部光源到集成光波导器件的耦合问题。
利用芯片外部光源，一般来说，激光从光纤中输出，然后耦合进硅波导中。
因此芯片外部光源要解决光纤和硅基纳米波导的耦合问题。
由于硅基波导，尤其是绝缘体上硅（SOI ）波导，尺寸很小。
为保证波导的单模传输条件，其厚度一般要小于280nm ，宽度也要小于500nm 。
而单模光纤的纤芯直径约为9m m ，这使得从光纤到硅基纳米波导的耦合非常困难，其耦合损失主要来源于光纤与硅基纳米波导的模场失配，包括模场大小失配和模场分布失配，以及耦合面的反射和散射等。
同时，耦合的未对准容差也是一个必须考虑的因素，太小的未对准容差会给耦合器的封装带来巨大的成本和困难。
而且，一般来说，硅基波导器件都是偏振相关的，正确的输入偏振态对器件的工作非常关键。
因此，耦合方案的偏振性也是耦合器设计的一个重要方面。
另外，系统希望获得大的带宽来满足大信息量的需要，要求耦合器具有一定的带宽。
一个好的耦合方案应具有如下的特点：1）耦合效率高；2）带宽大，包括频谱带宽和角度带宽；3）未对准容差大；4）封装成本低；5）加工制备容易，最好与CMOS 工艺兼容。
按照光纤与波导的耦合方式可以大致将其分为两类：端面耦合（如图2（a ））和平面耦合（如图2（b ））。
端面耦合是光纤通过波导端面直接将光耦合进波导的方法，通常的方法有多层锥形结构、三维锥形结构和倒锥形结构等。
但这些结构的制备非常困难，而且制作容差小，还需要侧面抛光，耦合封装困难。
光栅耦合器作为一种面耦合器成为这方面研究的热点。
它可以在系统的任何地方实现信号的上载下载，大大增强了系统的灵活性。
比利时Gent 大学的R.Baets 小组[4,8]致力于这方面的研究，设计出了基于SOI 的紧凑型光栅耦合器，并提出了一系列的优化方案，如：衬底反射层法、侧面增加发射光栅、光纤模场匹配光纤等，大大改善了普通光栅耦合器在耦合效率和带宽方面的图2光纤与纳米波导的耦合方式。
(a)端面耦合；(b)平面耦合（光栅耦合）图1外部光源及混合集成的片上光源示意图 中国光学期刊网性能。
但由于普通对称光栅耦合效率的局限性，必须采用倾斜入射的方法。
垂直耦合在集成光路的应用方面具有更大的吸引力，它能大大加强系统的灵活性和降低对准封装难度。
B.Wang 等[9,10]提出了一种倾斜的光栅结构，可以用于垂直耦合。
但是这种倾斜光栅制备困难，与传统CMOS 工艺不兼容，无法进行大规模批量生产。
另外我们研究小组设计了一种二元闪耀光栅耦合器[11,12]，能够实现高效率的完全垂直耦合，而且只需一步刻蚀即可完成，并与CMOS 工艺兼容。
利用这种光栅的特殊偏振性质，还可以将其用作偏振分束耦合器，在耦合的同时依据入射光的偏振态将两种偏振态的光分别耦合到不同的波导中，具有很高的耦合效率和偏振消光比。
对于倒装焊外部光源，其对准条件更为严格和苛刻。
通常有两种对准方案，“有源对准”和“无源对准”。
在有源对准的过程中，激光器接上电源并处于工作状态，通过反馈来寻找最佳对准位置。
这种方法对准精度高，但是整个过程需要电连接，使得对准过程复杂和困难。
无源对准过程无需电连接，利用精确的对准方法来实现光源与波导的对准。
图3为倒装焊外部光源及其对准方法。
2.2混合集成的片上光源硅基（或SOI ）波导器件的最大优势之一是其紧凑的结构和CMOS 兼容的工艺，然而一直缺乏一种紧凑的高效的片上光源。
一种变通的方法是混合集成的片上光源，利用键合等非CMOS 兼容工艺将III-V 族材料的器件与硅基光电子器件混合集成在同一个衬底上。
图4所示为J.Van Campenhout 等[13]设计并制备出的混合集成的激光器。
利用键合的方法将增益介质Ⅲ-V 族材料（InP ）制备在硅基衬底上，器件结构的制备以及与下层硅波导的对准依靠普通光刻来实现，具有较高的对准精度。
利用电注入在InP 微盘内产生激光，然后利用倏逝波耦合进下层的硅波导中。
图4（a ）所示为器件结构示意图，图4（b ）为制备出的这种混合集成激光器的照片。
实验测得这种混合集成的电注入连续波激光器的阈值电流约为0.5mA ，阈值电压为1.5~1.7V ，发光效率为30μW/mA ，单向波导输出激光功率为10μW。
图5(a)混合集成的倏逝波硅基激光器结构示意图；(b)激光器截面SEM照片图3倒装焊外部光源以及光源与硅波导的对准图4利用InP 微盘与SOI 芯片键合方法的混合集成片上光源。
(a)器件结构示意图;(b)一个样片上同时制备出的多个激光器B.R.Koch小组[14]设计了一种利用倏逝波耦合的40GHz硅基混合集成激光器，如图5所示。
该激光器也是利用键合的方法制备的，无需苛刻的对准，可以同时在一个硅衬底上集成多个激光器。
3单片集成的片上光源外部光源和混合集成的片上光源具有较高的发光效率，容易实现连续或者可调激光输出的优点，但其缺点仍然很突出：集成度不高、制备工艺复杂、与CMOS工艺不兼容、系统成本昂贵，而且必须考虑到输出激光到波导的耦合对准问题。
因此，将光源单片集成到硅基微纳光电子系统仍然是当前研究的重中之重。
3.1纯硅光源由于硅发光的内量子效率很低，为10-6，一直以来都被认为不适合制备光源。
但自2000年以来，一系列优秀研究成果正在逐渐出现，如体硅发光二极管（LED）[15~17]、富硅氧化硅[18,19]、硅拉曼激光器[6,7]等。
澳大利亚的M.A.Green等研究小组[15]在《Nature》上报道了他们在体硅发光方面的研究结果，首先把LED的硅表面设计成锯齿状光学图形，使入射角小于全反射角，光的输出效率可以达到100%;另外电极采用重掺杂和控制薄膜的厚度来减少自由载流子的吸收，制备的LED外量子效率大于1%，开启电压小于1 V。