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硅基激光器
激光器是核心光电子器件之一，硅基激光器与硅基波导器件集成提供光源，是用于硅基光子集成的重要器件，一直是硅基光子学的研究热点之一。2009年本组储涛研究员先后研制成功世界上第一只硅基波长可调激光器和100nm可调范围最宽激光器。2014年，本组利用自制高精度芯片键合设备，成功研制硅基混合集成激光器，输出功率达4.2mW，在国内首次实现了III-V族激光器与标准CMOS工艺制作的硅基光子器件的混合集成，为利用CMOS线规模制造硅基激光器奠定了基础。
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硅基高速电光调制器
电光调制器完成从电信号到光信号的转换功能，是光互连、光计算和光通讯系统的关键器件之一。硅基光子器件是近十年来国际光电子领域最引人注目的研究热点，而硅基电光调制器由于其结构工艺复杂和重要的电光转换功能、成为代表硅基光子学发展水平的标志性器件。本研究组对硅基电光调制器开展了系统、深入的研究，率先实现了调制速率高达60Gb/s以上的硅基电光调制器，并开展了封装等相关研究，居于世界领先水平。 |
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硅基波分复用器件
波分复用器件在片上连接多路激光器、调制器、探测器等，可使片上数据的传输速率和处理速率获得成倍的增长。EPIC组对波分复用/解复用器进行了系统的研究，设计并制作出8×8的循环式阵列波导光栅器件，获得了最小2.4dB的损耗和-17.5dB~-25.1dB的串扰，器件性能达到国际一流水平。
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硅基片上模分复用器件及系统研究
模式作为一个可以携带信息的物理维度，一方面和波长复用兼容可以进一步提高信道数量，另一方面可以在保持信道数量的情况下减少所需激光器的个数。由于硅基光子器件在成本、集成度等方面的绝对优势，开展硅基模分复用器件及系统研究具有十分重要的意义。
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高速大规模硅基光交换阵列
高速的数据交换在高性能计算机和现代光通信中十分重要。现有的光通信网络中，数据交换首先将光信号转换为电信号，用电学的方式进行数据路由，再将经过路由的数据重新加载在光上传输。光电转换限制了传输速率而且增加了数据传输的成本。光交换阵列利用干涉原理，控制光的空间位置，从而实现光交换。 |
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偏振控制器件
偏振控制器件主要有偏振分束\合束器和偏振旋转器两种：偏振分束\合束器实现不同偏振态的光的分离和合束；而偏振旋转器则实现两种不同偏振态之间的转化，如将波导中的TE模转换为TM模。偏振控制器件在集成光路中有非常重要的应用，例如构建偏振分集系统以实现偏振不敏感器件，实现偏分复用以期在现有光纤光缆的基础上大幅提高传输速率等 |
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硅基滤波器件
在硅基片上光系统中，滤波器实现对某一范围波长的选择，是一种典型的无源器件。可以用作滤波器的元件有很多种，如微环谐振器结构、侧壁光栅结构、马赫-增德尔干涉结构等。EPIC组具有设计和制备多种硅基滤波器的基础，以级联微环为例，我们设计并制作出了带宽达到1.8nm、消光比达到32dB的单元器件。
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硅基集成光电探测器
我组在硅基片上探测器实现上具有全面的CMOS集成实践经验。目前有两种成熟的解决方案：其一，利用高耦合效率的光栅耦合器配合高性能的Ⅲ-Ⅴ族探测器实现高速、高灵敏度的探测；其二，在CMOS线上集成锗硅探测器，虽然在性能上略逊于Ⅲ-Ⅴ族探测器，但是可以实现大规模、高集成度的阵列探测。
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硅基波导光学耦合技术
硅基波导由于芯层硅同包层二氧化硅之间高折射率差，可以将光波束缚在其中传播。硅基光波导的宽度通常在400nm~500nm左右，因此可以实现硅基器件的高密度集成，但是同时对硅基波导同标准通信光纤之间的耦合是一大挑战。 |
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光子结构智能设计与优化
光电子器件的功能主要通过微观结构的设计实现，常规的设计方法依赖经验模板进行参数扫描，无法在全部自由度上进行优化设计。基于深度学习、拓扑优化和智能搜索等算法的微纳光子结构逆向设计方法有望突破人工设计限制，实现的自动、高效、智能的设计，在硅基光电子、超表面与超材料等超大规模光子结构和器件中有广泛应用前景。 |
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