江苏省科技计划项目验收申请表

 

 

 

BY2011147

微纳光子集成芯片耦合测试关键技术研究

东南大学 (盖章)

2014-12-30

 

 

 

江苏省科学技术厅

○○八


一、基本信息

1、项目概况

单位名称

东南大学

所在地区

江苏省

主管部门

东南大学

通信地址

南京市四牌楼2号

联系人

朱兆斌

联系电话

83791854

邮政编码

210096

电子信箱

kepingzhang56@126.com

单位性质

1

1. 大专院校  2. 科研院所  3. 企业  4. 其他

项目起始时间

2011-9

项目计划完成时间

2013-9

验收形式

2、函评

验收时间

2014-12-31

验收地点

东南大学

成 果 形 式

(可选多项)

1

2

3

4

6

         

1. 论文论著                   2. 研究(咨询)报告

3. 新产品(或农业新品种)       4. 新装置

5. 新材料                     6. 新工艺(或新方法、新模式)

7. 计算机软件                 8. 技术标准

9. 专利                       10. 其它

专利申请()

发 明

9

实用新型

0

外观设计

0

专利授权()

发 明

4

实用新型

4

外观设计

0

发表论文(篇)

论文总数

科学引文索引(SCI

工程索引(EI

16

11

5

出版科技著作

0  (部)

制定技术标准

0  (个)

新 产 品

3  (个)

  其中:国标

0  (个)

建成新装置

2  (套)

农业新品种

0  (个)

软件著作权

1  (项)

新 工 艺

0  (项)

 

2. 项目负责人情况:

 

性别

出生年月

专 业

学 历

职 称

联系电话

万遂人

1953-09-18

电子科学与技术

博士

教授

13951780069

孙小菡

1955-06-12

电子科学与技术

硕士

教授

13851681227


3. 项目研发人员情况:                                    单位:人

项目研发人员总数

25

  其中:博士

9

       硕士

5

  其中:高级职称

11

       中级职称

4

其中:在校研究生

8

留学归国人员

3

外籍人才

1

 

4.项目实际到位经费情况:                              单位:万元

 

项目

总经费

其中

省拨款

单位自筹

部门、地方配套

其他来源

预算总额

(按合同自动生成)

300

50

250

0

0

已到位数

317.89

50

267.89

0

0

 

5.项目经费支出情况:                                  单位:万元

 

经费支出

其中:省拨款

备注

1、人员费

7.5

7.5

参研人员酬金

2、设备费

249.91

5.61

芯片划片、研磨、耦合观察、测试设备

3、材料费

17.22

11.94

实验系统器件、芯片材料等

4、测试化验加工费

11.5

11.5

耦合阵列光纤制备,掺杂波导、耦合波导以及特殊的耦合芯片

5、燃料动力费

0

0

 

6、差旅费

16.53

4.73

交通费、过桥过路费

7、会议费

8.81

2.3

国际国内学术会议费

8、出版费

3.31

3.31

专利代理费、专利申请费、邮电费、版面费等

9、管理费

2.5

2.5

学校提取的科研管理费

10、其他费用

0

0

 

合计:

317.28

49.39

 

 


6. 项目获奖情况

 

特等奖

一等奖

二等奖

三等奖

国家自然科学奖

0

0

0

0

国家发明奖

0

0

0

0

国家科技进步奖

0

0

0

0

国家部门科技进步奖

0

0

0

0

省科技进步奖

0

1

0

0

注:重大研发机构、高技术研究重点实验室、工程技术研究中心、公共技术服务平台项目填写建设期间的累计获奖数。

 

7. 主要技术指标完成情况

技术指标名称

合同技术指标

技术指标实际完成情况

插入损耗

dB

< 5

3

偏振相关损耗

dB

< 0.3

0.2

回波损耗

dB

> 50

55

隔离度

dB

> 50

55

单只芯片耦合对准时间

分钟

< 1

1

单只芯片测试时间

分钟

< 3

2.5

 

8. 主要经济指标完成情况

经济指标名称

单 位

合同经济指标

经济指标实际完成情况

新增产值

万元

 

 

新增销售额

万元

 

 

新增利税

万元

 

 

新增出口创汇

万美元

 

 

新增服务收入

万元

 

 

 

9. 主要建设任务完成情况

建设任务名称

合同建设任务

建设任务实际完成情况

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

注:主要建设任务完成情况由重大研发机构、高技术研究重点实验室、科技公共服务平台、工程技术研究中心项目填写,其他项目不填写。


二、主要研究内容及研究成果

 

1、主要研究内容

本项目提出,以光纤到户以及城市光网为应用导向,面向PLC型芯片高效快速耦合测试需求,基于东大-华脉光子集成技术联合工程研发中心前期开展的“PLC型光功分器芯片工艺关键技术研究”的研究工作与已搭建的技术平台,研究微纳光子集成芯片耦合测试中的关键技术。
主要内容为:
(1)开展PLC型器件SSC端口掺杂技术研究,探索与发现在掺杂波导与光纤中光与掺杂粒子间能量耦合现象,分析试验结果,建立理论分析模型;
(2)构建与完善条状光子芯片阵列测试平台,建立微纳尺度PLC芯片与光纤耦合快速调整装置,获得三维图像;
(3)提出并建立高效耦合对准算法,嵌入已构建的测试平台中,实现芯片与光纤高效快速耦合;
(4)提出基于掺杂稀土元素D型光纤、阵列光栅从芯片端口波导有效抽取光新结构,探究光在其中的能量变迁;
(5)建立以上两种新型材料与结构的理论分析模型,研究PLC芯片入/出端口与光纤耦合3D高效算法,仿真各类新型结构;
(6)实验研究新型耦合光纤及其端面透镜结构,与上两种PLC端口相匹配;
(7)基于新的结构,开展PIC芯片与光纤耦合测试试验,验证所提方法与手段。

2、获得研究成果情况:专利(专利名称、专利号、申请授权时间、主要完成人等);标准(标准名称、编号、发布部门、发布时间、主要完成人等);论文(论文名称、主要完成人、发表刊物名称、发表时间、影响因子等);科技专著(专著名称、出版单位、时间、主要完成人等);新产品、农业新品种、新工艺、新装置等(名称、认定部门、主要完成人等);软件著作权(著作权名称、著作权号、申请授权时间、主要完成人等)

2.1授权专利
2.1.1 发明专利
[1]. 孙小菡,蒋卫锋,许大信,柏宁丰,刘旭. 一种硅基三维叠加型光纤耦合结构. 发明专利授权号:ZL201110449658.7. 授权日:2014.8.6. 申请日:2011.12.29
[2]. 孙小菡,蒋卫锋,柏宁丰,胥爱民,鲁仲明. 偏振保持平面光波光路及制备方法.发明专利授权号:ZL201210297039.5.授权日:2014.2.19.申请日:2012.08.20
[3].孙小菡,蒋卫锋,刘旭,柏宁丰,肖金标,胥爱民,鲁仲明. 一种集成光子芯片的耦合方法. 发明专利授权号:ZL201210296571.5. 授权日:2014.2.12.申请日:2012.08.20
[4]. 刘旭,孙小菡,胡红梅.基于弱饱和二维图像的物体表面三维立体图像重建方法. 发明专利授权号: ZL201110449321.6. 授权日:2013.11.20. 申请日:2011.12.28
2.1.2实用新型专利
[1]. 孙小菡,蒋卫锋. 非对称相位可调马赫-曾德干涉仪. 实用新型专利授权号:ZL201320310935.0. 授权日: 2013.11.27.申请日:2013.05.31
[2].孙小菡,蒋卫锋,刘旭,柏宁丰,肖金标,胥爱民,鲁仲明. 一种切割后集成光子芯片直接耦合装置. 实用新型专利授权号:ZL201220413111.1. 授权日: 2013.04.24.申请日:2012.08.20
[3]. 孙小菡,蒋卫锋,柏宁丰,胥爱民,鲁仲明. 保偏光波导. 实用新型专利授权号:ZL201220413333.3. 授权日: 2013.04.24.申请日:2012.08.20
[4]. 孙小菡,蒋卫锋,许大信,柏宁丰,刘旭. 一种硅基三维叠加型光纤耦合结构. 实用新型专利授权号:ZL201220005691.0. 授权日: 2013.04.03.申请日:2012.01.09

2.2.申请专利
2.2.1发明专利
[1].孙小菡,蒋卫锋,戚健庭,潘超,陈源源,董纳. 一种功分比可调PLC型光功分器及制备方法和调节方法. 发明专利申请号:201410036213.X.申请日:2014.01.24
[2].孙小菡,蒋卫锋,戚健庭,董纳,陈源源.一种偏振态控制的多模干涉型光开关及其制备方法. 发明专利申请号:201410037116.2.申请日:2014.01.24
[3].孙小菡,戚健庭,蒋卫锋.一种输入位置控制的多模干涉型光开关及其制备方法. 发明专利申请号:201410034800.5.申请日:2014.01.24
[4].刘旭,闫洪昊,孙小菡,蒋卫锋,胥爱民,朱重北. 磷化铟基平面光波光路波导芯片的研磨方法及夹具. 发明专利申请号:201310340737.3.申请日:2013.08.06
[5].孙小菡,蒋卫锋,戚健庭.一种基于级联马赫-曾德干涉仪型可重构梳状滤波器及其制备方法. 发明专利申请号:201310336252.7.申请日:2013.08.05
[6].孙小菡,蒋卫锋.非对称相位可调马赫-曾德干涉仪及其制备方法. 发明专利申请号:201310216575.2.申请日:2013.05.31
[7].刘旭,刘文强,蒋卫锋,孙小菡,柏宁丰. 片上周期变化折射率透镜光子芯片立体耦合器及制备方法. 发明专利申请号:201210591126.1.申请日:2012.12.31
[8].孙小菡,蒋卫锋,柏宁丰,刘旭,吴晨. 一种具有阶梯光栅反射镜的波导耦合器及其制备方法. 发明专利申请号:201210574567.0.申请日:2012.12.26
[9].柏宁丰,许正英,孙小菡,蒋卫锋,刘旭,胥爱民,吴体荣.刻蚀高深度光波导的制备工艺. 发明专利申请号:201210296470.8.申请日:2012.08.20

2.3期刊论文
[1].Jun Cao, Lifa Zhang, Senlin Yan, Xiaohan Sun. Reflectionless design of optical elements using impedance-tunable transformation optics. Applied Physics Letters, 2014, 104(19):191102 (SCI收录)
[2].Weifeng Jiang and Xiaohan Sun. TE-Pass Polarizer With Cylinder Array Inserted in Buffer Layer of Silica-on-Silicon Waveguide. IEEE Photonics Technology Letters, 2014, 26(9): 937-940 (SCI收录)
[3].Yuanyuan Chen, Bin Sun, Tianhe Ma and Xiaohan Sun. Thermal management for high-power photonic crystal light emitting diodes. Microelectronics Reliability, 2014, 54(1): 124-130 (SCI收录)
[4].Taoping H and Xiaohan Sun. Modulation instability induced by cross-phase modulation in dispersion-decreasing fiber with high-order dispersion and high-order nonlinearity. Laser Physics Letters, 2013, 10(9):095101 (SCI收录)
[5.Hongdan Wan, Zhongwei Wu, Xiaohan Sun. A Pulsed Single-longitudinal-mode Fiber Laser based on Gain Control of Pulse-injection-locked Cavity. Optics & Laser Technology, 2013,48:167-170. (SCI收录)
[6].Hongdan Wan, Fuding Zhang and Xiaohan Sun. Stabilization of a superfluorescent fiber source with high performance erbium doped fibers. Optical Fiber Technology, 2013, 19(3): 264-268 (SCI收录)
[7].Taoping Hu and Xiaohan Sun. Modulation instability induced by cross-phase modulation with the fourth-order dispersion in dispersion-decreasing fiber. Chinese Optics Letters, 2013, 11(7):070602 (SCI收录)
[8].Xu Liu and Xiaohan Sun. Quasi-axial GRIN lens implemented in wedge-shaped fiber coupling with InP-based PLC. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 2012, 2(9):1420-1425. (SCI收录)
[9].Xu Liu, Hongmei Hu and Xiaohan Sun. Single lens photometric machine vision with 3D imaging for fiber-to-chip coupling. AIP Review of Scientific Instruments, 2012, 83(3): 035105. (SCI收录)
[10].Hongdan Wan, Weifeng Jiang, Yue Gong, Chao Pan, and Xiaohan Sun. Single-Longitudinal-Mode Fiber Ring Laser Stabilized by Tandem All-Fiber Fabry-Perot Micro-Cavities. IEEE Photonics Technology Letters, 2012, 24(5):404-406 (SCI收录)
[11].Wei Hong, Xiaohan Sun. Micro-disks embedded microring for optical filter. Optik, 2011, 122(22):2055-2057. (SCI收录)

2.4会议论文
[1].Jiang W F, Qi J T and Sun X H. Polarization Dependent Failure Analysis for Photonic Chips Based on Silica-on-Silicon [C]. Avionics, Fiber-Optics and Photonics Conference (AVFOP). San Diego: IEEE, 2013. 84-85 (EI收录)
[2].Xu Liu, Hongmei Hu, Weifeng Jiang and Xiaohan Sun. Object-oriented modified photometric stereo algorithm for 3D imaging in fiber-to-chip coupling. IEEE The 9th International Conference on Group IV Photonics (GFP’12), ThP6, 2012. (EI收录)
[3].Hu Tao-ping, Wan Hong-dan, Jiang Wei-feng, Sun Xiao-han. Passive mode-locking of fiber laser based on diamond thin film[C]. IEEE Photonics Conference, 2012, 9: 800-801 (EI收录)
[4].Hongdan Wan; Yue Gong; Xianqin Li; Jinlong Chen; Peichun Wu; Xiaohan Sun.Low noise fiber laser based on gain feedback in a rare-earth doped fiber amplifier chain. Proc. SPIE. 8237, Fiber Lasers IX: Technology, Systems, and Applications, 823721,2012. (EI收录)
[5].Na Dong, Xiaohan Sun, Patrick Degenaar. Implantable optrode design for optogenetic visual cortical prosthesis. Proc. SPIE. 8207, Photonic Therapeutics and Diagnostics VIII, 82076A, 2012. (EI收录)

2.5 新装置
2.5.1 单镜头高倍率多角度微纳光子集成芯片观察系统
2.5.2 条状光子集成芯片快速拣片测试系统

2.6 软件著作权
[1]. 刘旭,孙小菡,胥爱民,朱重北.面向对象光度立体三维场景重构软件 V1.0.申请日:2014.12


三、目标任务完成情况

 


1. 主要解决的关键技术与创新点

东南大学课题组与本公司技术人员通力合作,对能高效耦合的波导结构、耦合波导、阵列光纤、耦合观察系统、条状芯片选片等关键技术集中攻关,解决了以下核心问题,并提出了相应创新点:
(1)镱铒共掺二氧化硅光波导光与泵浦放大机理与理论分析模型
基于980nm泵浦下的EYDWA六能级跃迁系统模型,建立了六能级速率方程和功率传输方程模型。基于有效折射率法分析了波导单模传输条件以及模场分布,给出了基于重叠积分因子的简化放大模型。分析了掺杂光波导性能,对弯曲、并列波导的性能,设计了Er、Yb共掺波导Y形光功分器以及端口耦合结构,给出了最佳设计结果。当Y形分支波导臂长为2mm时,两臂间最佳夹角为0.4°,镱离子与铒离子浓度比(NYB/NER)为4时其性能最佳,Er3+掺杂浓度为1.3×1027ion/cm3,其对应的最大增益为4.01dB/cm,端口单臂输出光强与输入信号相比,实现了0.15dB放大。
(2)无掩膜光刻及干刻蚀法制备镱铒共掺光波导
采用SF-100把该波导图形通过无掩膜光刻在镱铒共掺氧化铝薄膜上,并用旋转涂覆、RIE、ICP、PECVD等工艺制备了波导端口,并对制作参数进行了研究。该材料与波导实现了PLC端口光与掺杂粒子能量交换,提高了耦合效率。
(3)提出特种光纤制备方案,实现新型透镜光纤一维阵列
提出了三维叠加型光波导耦合、正弦光栅耦合以及阶梯光栅型反射镜等三种硅基光子芯片耦合结构,通过优化设计得到最大耦合效率时的结构参数,最后分析了消除菲涅尔反射时硅基光子芯片端面最小角度。
(4)建立条状芯片阵列半自动高效耦合装置
采用可调谐激光光源(TLS)、可见光光源、偏振控制器(PC)、光功率计、光纤熔接机、Agilent宽谱光功率计、高精度光学平台、Newport高精度(亚微米)六维微调架、条状光子芯片夹具、真空泵、摄像机、监视器等仪器设备与装置,研制可稳定夹持条状光子芯片的真空吸附夹具,建立了条状光子芯片阵列测试平台。制定了工艺规范与流程,利用双观测系统可以实现快速测试,从而实现了对条状芯片阵列测试、选片。
(5) 微纳光子集成芯片单镜头多角度高倍率观察系统
提出并研制了单镜头多角度回旋成像观察装置,可从垂直俯视到水平侧视90°内多角度观察PLC芯片与光纤耦合对准情况,基于光度立体算法实现了三维图像重构;研制出光纤-芯片耦合调节/固化装置;通过连接Agilent 81910A光子全参数测试系统,构成了PLC型波导芯片与光纤对准耦合、测试与耦合封装平台,保证了对芯片的观察与测试。

 

2. 主要技术与经济指标完成情况

技术指标完成情况:
耦合测试指标:
单只芯片耦合对准时间:1分钟; 单只PLC芯片测试时间:2.5分钟;
芯片性能指标:
插入损耗:3dB;偏振相关损耗:0.2dB;回波损耗 55dB;隔离度55dB
该项目通过开展重大基础性原始创新和前瞻性研究,在微纳光子集成芯片耦合与测试方面获得了具有自主知识产权的原创性科技成果,促进了PLC芯片耦合封装技术与平台产业化研究,相关装置与技术已应用于南京华脉科技股份有限公司PLC芯片的批量生产,为企业产业结构调整与未来发展提供了重要技术支撑和储备。

 

3. 项目实施的经济、社会效益

通过开展重大基础性原始创新和前瞻性研究,在微纳光子集成芯片耦合与测试方面获得了具有自主知识产权的原创性科技成果,打破国际垄断,为南京华脉科技股份有限公司产业结构调整与未来发展提供了重要技术支撑和储备,促进了PLC芯片耦合封装技术与平台产业化研究。
本项目最终建立光子芯片实时耦合测试平台,可实现PLC芯片的耦合、参数测试。可以为高等学校、科研院所、企业的科学研究、应用开发、批量生产服务,获得较好的社会效益和可观的经济效益。

 


四、项目主要参加人员名单

 

 

性别

出生年月

技术职称

学历

工作单位

承担的主要研究任务

本人签名

陈翰

1977-04-19

讲师

博士

东南大学

测试实验

刘旭

1972-10-15

副教授

博士

东南大学

耦合实验

蒋卫锋

1986-08-09

博士生

博士生

东南大学

耦合测试

柏宁丰

1978-10-09

副教授

博士

东南大学

芯片研制

于兵

1981-01-02

讲师

博士

东南大学

芯片设计

丁东

1963-05-29

副研究员

学士

东南大学

编程计算

吴晨

1968-11-17

初级

其他

东南大学

外协加工

赵兴群

1964-02-02

教授

博士

东南大学

信号处理

樊鹤红

1977-05-14

副教授

博士

东南大学

可靠性分析

韦朴

1981-11-11

讲师

博士

东南大学

数值分析

胥爱民

1955-10-14

副高

学士

南京华脉科技股份有限公司

总体方案

朱重北

1956-12-01

副高

硕士

南京华脉科技股份有限公司

芯片研制

吴体荣

1953-07-03

正高

学士

南京华脉科技股份有限公司

封装设计

鲁仲明

1968-11-06

副高

学士

南京华脉科技股份有限公司

研制监理

崔浩

1980-07-20

中级

学士

南京华脉科技股份有限公司

技术实施



1、东南大学

2、南京华脉科技股份有限公司

 

项目验收申请表

项目合同书

项目工作总结报告

项目研究技术报告

项目审计报告

项目完成与应用情况报告

授权及申请专利情况

发表的学术论文

获奖证书

申请的软件著作权

新装置照片


 

 

 

 

 

 

                        单位负责人签字:              (单位盖章)

                                                     

                                                          

 

 

 

 

 

 

                    处负责人签字:                (部门盖章)

                                                    

                                                          

 

 

 

 

 

 

                           处负责人签字:                (部门盖章)

                                                    

                                                          

 

 

 

 

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