硅基集成化可重构光学导向逻辑器件的研究

基本信息
批准号:61204061
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:30.00
负责人:张磊
学科分类:
依托单位:中国科学院半导体研究所
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周平,田永辉,卢洋洋,闵锐,陈乔杉,张凡凡
关键词:
微环谐振器可重构光学导向逻辑器件硅基微纳波导
结项摘要

The aim of this application is to develop a reconfigurable directed logic device based on integrated micro-ring resonators (MRRs), which can be reconfigured to carry out the logic operations of XOR/XNOR and AND/NAND. Silicon submicron waveguides will be employed to compose the MRRs. Slowly varying structures will be adopted to reduce the loss and cross-talk caused by mode-mismatching at the crossing of the waveguides. Inversed tapers are integrated on the input and output terminals of the waveguides to reduce the mode-mismating between the waveguides and the fibers to enhance the coupling efficiency. The plasma dispersion effect in silicon will be employed to modulate the MRR at a high speed. The physical model of the doping and modulating area will be established, through which the electrical parameters of the device will be extracted. The doping concentration and the dimensions of the electrodes will be optimized using the electromagnetic simulation software, which will result in the characteristics of higher bandwidth, impedance matching and the matching of the doping area and the optical field distribution. The performance of the device will be improved in terms of the mulation efficiency and the working speed, resulting in lower operating voltage and power dissipation. Reconfigurable directed logic devices with the above-mentioned features will be fabricated in a CMOS-compatible process. The reconfigurable optical directed logic devices proposed in this application have several advantages over traditional ones. They can be made by a process compatible with those used in modern microelectronics industry, resulting in obvious merits such as small volume, low power-consumption, and good scalability. They can also be readily to be integrated with electrical components to form a silicon monolithic integrated multi-functional information processing system.

本申请拟采用一种集成光学元件- - 微环谐振器,来实现可完成"异或/同或"及"与/与非"逻辑运算的可重构光学导向逻辑器件。硅基微纳波导将被用来制作微环谐振器。波导交叉节点将采用缓变结构来减小由于模场不匹配引起的损耗和串扰。波导输入/输出端将采用倒锥型结构来减小波导与光纤的模场失配,从而提高耦合效率。硅的等离子色散效应将被用于微环谐振器的高速调制。将建立掺杂调制区物理模型,提取出器件电学参数。结合电磁场仿真软件来优化掺杂浓度和电极结构,提高器件带宽,实现阻抗匹配及掺杂区与光场分布区域的匹配,从而提高器件的调制效率与工作速度,使其具有低工作电压与功耗。本申请将最终利用CMOS兼容工艺制作出可重构光学导向逻辑器件。与传统光逻辑器件相比,本申请拟研究的基于硅基微环谐振器的光学逻辑器件制造工艺与现有微电子工艺兼容,器件体积小、功耗低、易扩展,便于和电学元件集成,有望实现硅基单片集成的多功能信息处理系统。

项目摘要

片上多核处理器成为处理器架构主流的事实说明,依靠减小晶体管尺寸、提高工作频率的手段提高微处理器性能的方式已经遇到了困难,摩尔定律已经接近失效。在这种局面下,针对光网络交换节点的需求研究开发新型信息处理方式已经成为普遍的共识。本项目的主要目的是深入研究一种称为“导向逻辑”的新型光信息处理手段。导向逻辑的概念最初是由美国科学家James Hardy和以色列科学家Joseph Shamir于2007年提出的,它的基本思想是利用逻辑操作数来控制光子回路中光波的传播路径,而将逻辑运算结果表现在输出端口的出光状态上。导向逻辑利用光开关来控制光的传播,有两个显著特征与优点:一是逻辑操作数对光开关的作用是同时完成的,这有别于传统电学逻辑中后级晶体管需要等待前级电路的运算结果;二是运算过程依赖于光的传播特性,天然具有高带宽与低延迟的特点。导向逻辑器件的基本要素是实现光信号路径切换的光开关。光开关的实现方式有很多,本项目要研究的是一种硅基光子学的实现方案——基于硅基微纳波导微环谐振器(MRR, Micro-Ring Resonator)的光开关。由于采用硅材料作为器件实现平台,这种方案的优点在于工艺成熟、集成度高以及可实现光电混合集成。本项目的主要工作即是对基于硅基微纳波导MRR光开关的可重构导向逻辑器件进行原理性验证,并在MRR光开关特性的研究基础上评估所提出的导向逻辑器件的性能。本项目的主要考核指标为:波导的交叉损耗小于0.5 dB/节点;波导与光纤的耦合损耗小于3 dB/端面;在SOI 片上实现可重构光学导向逻辑器件,实现每秒2 亿次XOR、XNOR、AND及NAND 运算。经过三年的研究,上述指标均已实现。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

感应不均匀介质的琼斯矩阵

感应不均匀介质的琼斯矩阵

DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804052
发表时间:2019
2

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022
3

基于混合优化方法的大口径主镜设计

基于混合优化方法的大口径主镜设计

DOI:10.3788/AOS202040.2212001
发表时间:2020
4

三级硅基填料的构筑及其对牙科复合树脂性能的影响

三级硅基填料的构筑及其对牙科复合树脂性能的影响

DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20200093
发表时间:2020
5

极地微藻对极端环境的适应机制研究进展

极地微藻对极端环境的适应机制研究进展

DOI:10.7685/jnau.201807013
发表时间:2019

张磊的其他基金

批准号:81100302
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770121
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61705002
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41301189
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50501022
批准年份:2005
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51808421
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600807
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11601518
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21876077
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:61103159
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31160249
批准年份:2011
资助金额:54.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21307070
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41371361
批准年份:2013
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:81903798
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31801599
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81300941
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81860622
批准年份:2018
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41871229
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:81100941
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30871597
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:31471202
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:41804164
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60907036
批准年份:2009
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61101073
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21801059
批准年份:2018
资助金额:27.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81771132
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:61103190
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61901104
批准年份:2019
资助金额:24.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21673238
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:61601458
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30801537
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71003097
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91961108
批准年份:2019
资助金额:80.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31700595
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51704274
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81760392
批准年份:2017
资助金额:33.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51603219
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41703009
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81201554
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41102032
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100001
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200949
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401370
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51306184
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30370894
批准年份:2003
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:61771079
批准年份:2017
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:21672020
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81270595
批准年份:2012
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81300934
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278518
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81873721
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:21801235
批准年份:2018
资助金额:27.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10802098
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11605109
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860342
批准年份:2018
资助金额:41.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11771260
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:61803027
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11704232
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:18870421
批准年份:1988
资助金额:0.80
项目类别:面上项目
批准号:81300584
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81800463
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21606088
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51609264
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41803011
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401358
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21605082
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200925
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600238
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81501008
批准年份:2015
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100788
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61502001
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81472988
批准年份:2014
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:61401048
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41901340
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31670292
批准年份:2016
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:61902257
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51702165
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51306209
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21572254
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41561071
批准年份:2015
资助金额:43.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11901138
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61572198
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:81573814
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81801691
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100931
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51909092
批准年份:2019
资助金额:24.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802790
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51678243
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41601573
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11871198
批准年份:2018
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:21406161
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61771372
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41774023
批准年份:2017
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:31570912
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61571239
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51475276
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:71373261
批准年份:2013
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:31400486
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61205195
批准年份:2012
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61472035
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81502900
批准年份:2015
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51142006
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61402149
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21301097
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81803343
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11226075
批准年份:2012
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31671061
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:19271026
批准年份:1992
资助金额:2.00
项目类别:面上项目
批准号:51776204
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81470302
批准年份:2014
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81400193
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41502262
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21507018
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401183
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11701198
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11774279
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51205227
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51778142
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:81473635
批准年份:2014
资助金额:74.00
项目类别:面上项目
批准号:11504287
批准年份:2015
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50808083
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41101094
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51508455
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21871022
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:31371707
批准年份:2013
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:61275217
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51401102
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71874187
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:11426216
批准年份:2014
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:51509054
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21808025
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671026
批准年份:2016
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31571741
批准年份:2015
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51609251
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21875100
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:21707034
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41502014
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81702489
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51177172
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51302052
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61101128
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770536
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51875556
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:40806035
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11602085
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41465004
批准年份:2014
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11205241
批准年份:2012
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61202465
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50908054
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61563044
批准年份:2015
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61571147
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:60906018
批准年份:2009
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61672527
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:61300020
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60702053
批准年份:2007
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39970928
批准年份:1999
资助金额:13.00
项目类别:面上项目
批准号:51508136
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61672446
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81803573
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41304011
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31371608
批准年份:2013
资助金额:77.00
项目类别:面上项目
批准号:21701024
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81102140
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50908203
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700430
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81503680
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11604256
批准年份:2016
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41807421
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61604021
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51805144
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505229
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900506
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61301280
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21703269
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81301533
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61772069
批准年份:2017
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:21501176
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41101472
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

硅基集成化光学导向半加器的研究

批准号:61405082
批准年份:2014
负责人:田永辉
学科分类:F0502
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

磁场调控的阻变效应及其在可重构逻辑器件中的应用研究

批准号:61674153
批准年份:2016
负责人:刘钢
学科分类:F0408
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
3

基于功能导向智能设计的多功能硅基集成器件研究

批准号:61875020
批准年份:2018
负责人:邱吉芳
学科分类:F0513
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
4

硅基可重构多通道Nyquist滤波器及应用

批准号:61905209
批准年份:2019
负责人:谢意维
学科分类:F0514
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目