祝贺中心王兴军教授指导的博士学位论文《面向通信和传感应用的硅基集成器件和系统研究》荣获“第九届中国光学工程学会创新论文奖”,论文作者为中心2022届博士毕业生金明。
2024年7月9日,中国光学工程学会公布了“第九届中国光学工程学会创新论文奖(优博)”。经过学位授予单位和行业专家推荐、评奖办公室初评、同行专家通讯复评和院士专家委员会终评四个阶段,共评选出创新论文7篇,提名论文7篇。
为推动我国光学工程学科博士生的培养质量,促进博士研究生的科研和创新能力,激发博士研究生在光学工程领域做出创造性科研成果的积极性,实现光学工程学科跨越式发展,中国光学工程学会自2016年起开展“优秀博士学位论文”奖励评选。
金明的博士学位论文聚焦于硅基光电子器件和系统应用。相关研究结合硅光集成技术大规模、低成本等特点,面向通信和传感应用,提出新型器件结构、创新物理机制,并以此为基础探索系统性能和应用边界,将硅基通信系统向大容量、硅基传感系统向高灵敏的方向推进。为实现大容量通信,如何在系统中集成更多的光电器件,并且提升单通道的调制速度,提高线性度,结合有效的封装方式降低通道功耗是重要技术手段。为实现高灵敏传感,如何创新传感器件和检测机制,降低探测极限,提高信噪比是关键所在。
本论文从CMOS工艺兼容的硅基光电子集成技术出发,针对上述技术难点,创新物理机制,进行了器件级到系统级的优化和创新性设计。取得的创新成果主要包括五个方面:
(1)提出基于石墨烯实现高线性硅基调制器的方案,并在实验中验证了高线性调制结果,证明了石墨烯的高线性与光学结构无关,SFDR超过传统的硅基电吸收调制器;实现了Gbps量级PAM4信号的调制发射。
(2)提出16通道硅基发射芯片,兼具并行和波分复用的能力。该芯片与CMOS电放大芯片结合,实现最大通道数16的硅基光电融合集成的调制发射系统,总容量达800Gbps,比特能耗仅5.35fJ。
(3)提出硅基沟道波导型宽带双偏振相干光接收机,混频区长度仅几个波长。实现对108 Gbps的16QAM信号离线接收解调,和对DP-QPSK信号实时接收解调以及无反馈介入的连续稳定工作。
(4)提出新型硅基暗场散射光传感器,在不借助光学和物质增强机制的条件下,该传感器理论上的探测极限只受限于波导侧壁粗糙度。
(5)创新提出1/f噪声抑制的光学传感机制,实现对采样噪声2个数量级的抑制。结合硅基暗场散射光传感器,创新实现对单个纳米颗粒(半径小于30纳米)和空气中HIV-1病毒样颗粒(信噪比达14 dB)的高灵敏检出。检测极限突破到阿克量级,粒径分辨率优于10 纳米。可扩展实现快速传感;复合传感;特异性传感等功能。
金明于2017年进入电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室攻读博士学位。攻读博士学位期间,在北京大学王兴军教授团队,长期从事集成光电子器件及面向通信和传感应用的系统级研究。申请人在毕业论文相关的光电子集成器件和片上光电信息系统等研究方向实现了一系列原创性成果,共计发表文章40余篇,其中以第一作者/共一身份在Nature Communications, Laser & Photonics Review, Photonics Research, Optics Letters等国际期刊和CLEO等领域顶级会议上已发表论文7篇。其他主要合作论文包括一篇Nature、和一篇OFC的PDP文章。
金明博士与导师王兴军教授的合影
金明同学在校期间曾获得北京大学博士生国家奖学金、北京市优秀毕业生、北京大学优秀毕业生代表、北京大学优秀共产党员、北京大学学生五四奖章提名、2022年度厉鼎毅纪念奖学金提名(全球共10名)等荣誉奖项。
文章链接:
https://doi.org/10.1364/OL.459876